KR20110099107A - 공간적으로 조화되고 시간적으로 동기화되는 공정을 이용한 박막 증착 - Google Patents

공간적으로 조화되고 시간적으로 동기화되는 공정을 이용한 박막 증착 Download PDF

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Abstract

박막 물질을 형성하기 위한 증착 시스템 및 공정. 일실시예에서, 공정은 제 1 물질 스트림으로부터 초기 플라스마를 형성하는 단계와, 상기 플라스마를 공간 및/또는 시간적으로 진화시켜, 박막 물질의 품질에 해로운 화학종을 소멸하는 단계를 포함한다. 초기 플라스마가 최적 상태로 진화된 후, 제 2 물질 스트림이 증착 챔버로 주입되어, 고품질 박막 물질의 형성에 더 이로운 화학종의 분포를 포함하는 복합 플라스마를 형성할 수 있다. 증착 시스템은 둘 이상의 스트림(공급원 물질 또는 캐리어 기체)을 플라스마 영역으로 주입하기 위한 복수의 전달 포인트를 갖는 증착 챔버를 포함한다. 상기 전달 포인트는 공간적으로 엇갈리게 배치되어, 제 1 물질 스트림 증착 공급원 물질으로부터 형성된 업스트림 플라스마가, 다운스트림 물질 스트림과 결합하기 전에, 진화될 수 있도록 한다. 서로 다른 물질 스트림의 주입이 또한 시간적으로 동기화된다. 물질 스트림의 공간 조화와 시간 동기화의 순수 효과는, 높은 증착 속도에서 이뤄지는 박막 광기전 물질의 증착에 최적화된 화학종의 분포를 갖는 플라스마이다. 전달 물질은 노즐과 원격 플라스마 공급원을 포함한다.

Description

공간적으로 조화되고 시간적으로 동기화되는 공정을 이용한 박막 증착{THIN FILM DEPOSITION VIA A SPATIALLY-COORDINATED AND TIME-SYNCHRONIZED PROCESS}
본 발명은 플라스마 증착에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 높은 변환 효율을 갖는 광기전 물질을 형성하도록 신중하게 선택된 융화성(compatible) 화학종의 분포로 구성된 플라스마로부터의 박막 증착에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 복수의 전달 포인트(point of delivery)을 포함하는 증착 장치 기반 플라스마 증착 공정에 관한 것이며, 여기서, 전달 포인트는 하나 이상의 증착 화학종을 각각, 장치를 따라 바람직한 위치에서 제공하고, 화학종의 전달은 공간적으로 조정되고, 시간적으로 동기화되어, 증착을 위한 최적의 화학종의 조합의 안정화가 촉진될 수 있다.
현재 태양 에너지 분야에서, 결정질 실리콘을 활성 광기전 물질로서 이용하는 태양 전지가 우세하다. 그러나 결정질 실리콘은 태양 에너지 물질로서 많은 단점을 가진다. 첫째, 결정질 실리콘의 제조는 종자-보조식 쵸크랄스키법(seed-assisted Czochralski method)을 통해 이뤄지는 것이 일반적이다. 상기 방법은, 준평형 상태에서의 제어된 냉각 및 결정질 실리콘의 불(boule)을 생성하기 위한 정제와 함께 고온 융해 공정을 수반한다. 고순도 결정질 실리콘이 얻어질 수 있고, 쵸크랄스키법이 n형 및 p형 도핑에 순응적이지만, 본질적으로, 느리고, 비용이 많이 들고, 에너지 집중적이다.
둘째, 간접 갭 물질로서, 결정질 실리콘은 낮은 흡수 효율을 가진다. 합리적인 태양에너지 변환 효율을 얻기에 충분한 입사 태양광 흡수율을 얻기 위해, 두꺼운 결정질 실리콘 층이 필요하다. 상기 두꺼운 층이, 결정질 실리콘 태양 패널의 비용을 추가하고, 상당한 중량 증가를 초래하며, 결정질 실리콘 태양 패널을 경성(rigid)으로 만들며, 연성(flexible) 광기전 물질을 필요로 하는 적용예에 적합하지 않게 만든다.
비정질 실리콘( 및 이들의 수소화합물 또는 불소화합물)이 결정질 실리콘의 매력적인 대안이다. 비정질 실리콘은 높은 흡수 효율을 갖는 직접 갭 물질이다. 따라서 비정질 실리콘 및 이와 관련된 물질의 얇은 층을 기반으로 하는 경량의 효율적인 태양 전지가 가능하다.
오늘날, 광기전 물질 제조에 있어서 증착 속도를 증가시키는 것에 관련된 노력이 존재한다. 증착 속도가 높을수록, 박막 태양 전지의 비용은 낮아지고, 태양 에너지로부터 얻어지는 전기의 단위 비용이 감소하게 된다. 증착 속도가 증가함에 따라, 에너지 공급원으로서의 박막 광기전 물질의 경쟁력이, 화석 연료에 비해 증가하게 된다. 현재, PECVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)이, 비정질 실리콘 및 이와 관련된 태양 에너지 물질의 상업적 규모의 제조를 위한 가장 비용 효율적인 방법이다. 현재의 PECVD 공정은, ~2-3
Figure pct00001
의 증착 속도에서 소자 품질 광기전 물질에 의한 대면적 기판의 균일한 커버리지(coverage)를 제공하고, 10
Figure pct00002
이상의 증착 속도에서 새로운 공정과 관련된 작업이 진행 중이다.
플라스마 증착 공정의 경제적 경쟁력을 증대하기 위해, 증착 속도를 증가시키는 것이 바람직하다. 증착 속도의 증가는 현재 플라스마 증착 기법과 관련된 기본 한계를 극복하기 위한 전략을 필요로 한다. 현재의 플라스마 증착 광기전 물질과 관련된 한 가지 문제는, 증착만 된 상태(as-deposited state)에서 높은 농도(concentration)의 진성 결함(intrinsic defect)이 존재한다는 것이다. 진성 결함은, 광기전 물질의 밴드갭 내에 전자 상태를 생성하는 구조적 결함(가령, 불포화 결합(dangling bond), 억지 결합(strained bond), 비-패시베이션된 표면 상태, 비-4면체 결합의 비틀림, 배위 불포화된 실리콘 또는 게르마늄)을 포함한다. 미드갭 상태는, 흡수된 태양광에 의해 발생된 자유 캐리어의 농도를 감손시키는 비방사성 재결합 중심(nonradiative recombination center)으로서 기능함으로써, 태양에너지 변환 효율을 감소시킨다. 외부 전류를 이용하는 것 대신, 비-방사성 붕괴(nonradiative decay)를 통해, 다수의 광여기(photoexcite)된 자유 캐리어의 에너지가 열적으로 분산된다. 따라서 광기전 물질에 의해 전달된 외부 전류가 감소된다.
플라스마-증착된 광기전 물질에서 진성 결함의 농도를 감소시키기 위한 한 가지 전략은 플라스마에, 증착된 막에 포함될 수 있는 결함 보상제(defect compensating agent)를 제공하는 화학종을 포함시키는 것이다. 플라스마에 불소 또는 과량의 수소를 포함시킴으로써, 예를 들어, 수소가 결함 보상제로서 막에 포함되는 것을 촉진되고, 이로써, 물질의 품질이 현저히 개선되고, 비정질 실리콘에서 나노결정질 상(nanocrystalline phase)을 만드는 능력이 현저히 개선된다. 보상제가, 증착만 된 상태의 박막 물질에서 나타날 수 있는 결함을 패시베이션(passivate)하고, 결합(bond)을 포화시키며, 억지 결합을 해제하고, 비-4면체 구조 비틀림을 제거한다. 따라서 미드갭 밴드 상태의 농도가 감소되고, 더 높은 태양에너지 변환 효율이 얻어진다.
또한, 불소 또는 과량의 수소를 포함시킴으로써, 나노결정질 상의 형성이 촉진된다. 비정질 실리콘 모체 내에서의 나노결정질 실리콘 또는 나노결정질 상의 형성을 통해, 일반적으로, 광열화(photodegradation) 및 빛조사 열화 효과(light soaking effect)가 개선된다. 나노결정질 실리콘은 충분한 구조적 유연성을 제공하면서 진성 결함을 최소화하기 위한 충분한 질서를 제공하여, 결정질 실리콘의 견고한 격자와 관련된 단점을 피할 수 있다. 따라서 결정질 실리콘은 높은 캐리어 이동도(mobility)와, 높은 광전류(photocurrent)와, 안정적인 광기전 반응을 제공한다.
저농도의 결함을 갖는 물질을 형성하는 것에 추가로, 바람직한 전자 속성을 보여주는 물질을 증착하는 것이 바람직하다. 광기전 물질로부터 전기 에너지를 얻기 위해, 광여기(photoexcite)된 캐리어가 물질을 통과하여, 물질의 표면에 위치하는 전기 접촉부로 이동하는 것이 필요하다. 광여기된 캐리어가 표면의 접촉부에 도달하는 능력은 물질 내 결함의 농도에 따라 좌우되고, 캐리어의 이동 속성(transport property)에 따라 좌우된다. 전자와 정공의 이동도가 높은 경우, 캐리어 수집(carrier collection)이 촉진된다. 과량의 광여기된 캐리어 가두기(trapping), 재결합(recombination), 또는 그 밖의 다른 소실이 낮은 캐리어 이동도를 초래하고, 캐리어가 물질로부터 추출되어 외부 전류에 기여할 가능도(likelihood)를 감소시킨다.
태양 에너지 물질로서의 비정질 실리콘의 단점은 낮은 정공 이동도(low hole mobility)를 갖는다는 것이다. 이러한 낮은 정공 이동도에 의해, 태양 에너지 효율이 감소되고, 비정질 실리콘을 기반으로 하는 단순한 p-n 접합 장치가 비실용적이 된다. 대신, 형편없는 정공 이동도를 보상하기 위해, 진성 층과 더 복잡한 p-i-n 구조물을 포함할 필요가 있다. 비정질 실리콘의 형편없는 정공 이동도를 극복하기 위한 또 다른 전략은, 결정질 실리콘의 확장된 주기적 격자 구조와, 비정질 실리콘의 불규칙한(random) 무질서 구조 사이의 중간 질서 상태를 가지며, 약 10-50
Figure pct00003
(그리고 최대 100
Figure pct00004
) 크기의 클러스터(cluster)-형성된 반도체 물질을 형성하는 것이 있다. 질서 구조 클러스터 물질(ordered cluster material)의 중주기(intermediate range) 속성은, 비정질 상과 결정질 상의 특징을 결합한 속성을 갖는 물질의 새로운 상태를 나타낸다. 질서 구조 클러스터 물질은 결정질 실리콘의 높은 캐리어 이동도와 비정질 실리콘의 높은 흡수 효율을 가질 수 있다. 특정 클러스터 크기 범위 내에서, 질서 구조 클러스터의 밴드갭은 더 직접적이 되고, 크기가 감소할수록, 흡수 계수가 증가한다. 불소의 포함이 중주기 질서 구조 물질의 형성을 촉진시키며, 상기 불소는, 광여기된 캐리어의 트랩(trap)으로서 기능하는 표면 상태를 제거하는 능력을 갖기 때문에, 박막 광기전 물질의 성분으로서 특히 바람직하다.
광여기 효율(photoexcitation efficiency), 캐리어 수집 효율 및 그 밖의 다른 품질 속성을 희생시키지 않으면서, 높은 증착 속도에서, 광기전 물질(가령, 비정질, 나노결정질, 마이크로결정질 및 다결정질 형태의 실리콘, 게르마늄 및 이들 중 하나의 합금)을 제조할 필요가 있다. 종래의 플라스마 증착 기법을 통해 고효율의 광기전 물질을 얻기 위해 요구되는 낮은 증착 속도가, 화석 연료에 비해, 광기전 물질의 경제적 경쟁력을 제한하여, 신규한 증착 공정을 찾을 것에 대한 동기 부여가 된다.
본 발명은 박막 물질의 플라스마 증착을 위한 방법 및 장치를 제공한다. 일실시예에서, 본 발명은, 플라스마 조성을 제어하고 화학종을 플라스마로 전달하는 타이밍을 제어하기 위한 방법과 장치를 제공함으로써, 개선된 광기전 효율을 갖고 높은 증착 속도로 이뤄지는 광기전 물질의 플라스마 증착과 관련된다. 본 발명은 종래 기술의 증착 공정에서 사용되는 플라스마가 광기전 효율에 해로운 화학종을 포함한다는 점에 착안한다.
본 발명의 증착 방법에서, 플라스마의 조성은 증착 표면에 인접하게, 개선된 조성과 구조를 가지며, 따라서 안정적인 높은 변환 효율을 갖는 증착만 된 상태(as-deposited)의 광기전 물질의 형성을 촉진시키는 화학종의 분포를 제공하도록 제어된다. 상기 방법은 에너지 전달 기체, 반응 화학종 및/또는 증착 전구체를 함유하는 스트림을 증착 챔버로, 제어된 방식으로 주입하는 것을 포함하며, 여기서, 여러 다른 스트림의 주입은 공간적으로 그리고 시간적으로 따로 따로 발생하여, 기판의 증착 전단(deposition front)에 인접한 증착 매질, 또는 기판 상에 형성되는 물질에 존재하는 화학종의 형성 및 조합을 최적화시킬 수 있다.
증착 장치는 물질 스트림(에너지 전달 기체, 반응 화학종 및/또는 증착 전구체)을 챔버로 도입시키기 위한 복수의 전달 포인트(delivery point)를 구비하는 증착 챔버를 포함한다. 서로 다른 스트림 조성이 각각의 전달 포인트에서 제공될 수 있다. 전달 포인트는 증착 챔버를 따라 서로 다른 위치로 분산되어 있어서, 스트림의 주입이 공간적으로 제어되고 조화될 수 있다. 덧붙여, 스트림의 주입을 동기화하도록 주입 타이밍이 제어될 수 있어서, 주입된 스트림에 의해 만나게 되는 플라스마가 시간에 따라, 특정 새로 주입되는 스트림의 수용과 가장 잘 호환되는 상태까지로 진화될 수 있음을 보장한다.
물질 스트림을 장치의 전달 포인트에서 주입하는 전달 장치는 도관, 개구부, 노즐 및 원격 플라스마 공급원을 포함한다. 전달 장치는 공간적으로 하나 이상의 차원으로 엇갈려 배치될 수 있으며, 또한 물질의 스트림을 증착 챔버로 전달하는 전달 공정들 사이에, 또는 전달 공정 동안, 이동 가능하고, 재배치 가능할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따르는 플라스마 증착 공정에 대한 종래의 플라스마 반응기 구성을 도시한다.
도 2는 플라스마 증착 공정에서 실란으로부터 형성될 수 있는 가능한 준안정적 화학종을 도시한다.
도 3은 공간적으로 엇갈리게 배치된 복수의 전달 포인트를 갖는 플라스마 증착 시스템을 도시한다.
도 4는 물질 스트림을, 캐소드와 애노드 사이에 뻗어 있는 방향 성분을 갖는 방향으로 주입하도록 배향된 복수의 전달 포인트를 갖는 플라스마 증착 시스템을 도시한다.
도 5는 플라스마 영역과 비활성화된 증착 매질을 포함하는 영역을 갖는 증착 시스템을 도시한다.
도 6은 물질 스트림을 전달하기 위해 원격 플라스마 공급원을 이용하는 증착 시스템을 도시한다.
도 7은 2개의 캐소드와, 하나의 공유 애노드와, 서로 다른 물질 스트림이 주입되는 2개의 플라스마 영역을 갖는 플라스마 증착 시스템을 도시한다.
본 발명은, 증착만 된 상태(as-deposited)의 박막 물질의 구조적 품질 및 전자적 품질을 최적화하도록 플라스마의 상태가 엔지니어링된 플라스마 증착 공정에 초점을 맞춘다. 일실시예에서, 박막 물질은 광기전 물질이다. 본 발명은 종래의 플라스마 증착 공정에서 자연스럽게 형성되는 플라스마 결핍을 보수하도록 구성된다. 종래 기술에서, 먼저, 분자 전구체와 캐리어 기체를 공통 플라스마 개시 영역(common plasma initiation region)으로 전달함으로써, 플라스마가 형성된다. 분자 전구체 및 캐리어 기체는, 혼합된 연속 스트림으로서 제공되며, 플라스마 개시 영역 내 공통 포인트로 전달되는 것이 일반적이다. 플라스마 개시 영역은 캐소드와 애노드 사이에 위치하며, 종종 기판이 애노드로서 기능한다. 애노드와 캐소드 사이에 고강도 전기장을 인가함으로써, 플라스마가 형성된다. 대부분의 증착 공정에서, 플라스마는 무선 주파수에서 유지된다. 마이크로파 플라스마가 사용될 수도 있다.
도 1은 종래 기술에 따르는 통상의 플라스마 반응기 설계를 도시한다. 상기 반응기는, 전달 장치(50)와 전달 장치(52)가 구비된 증착 챔버(15)를 갖는 증착 장치(10)를 포함한다. 캐소드(20)와 애노드(30)가 증착 챔버(15) 내에 위치하고, 기판(35)이 캐소드 및 애노드 상에 배치된다. 스트림(40)과 스트림(42)이 증착 챔버(15)로 제공되고, 플라스마 영역(25) 내 공통의 포인트로 향해진다. 스트림(40)과 스트림(42)은 전구 기체, 캐리어 기체, 희석 기체, 또는 이들의 조합을 포함하는 혼합 스트림일 수 있다. 스트림(40)은 전달 포인트(delivery point, 60)에서 전달 장치(50)를 빠져나오고, 스트림(42)이 전달 포인트(62)에서 전달 장치(52)를 빠져나온다. 캐소드(20)와 애노드(30)로 연결된 전력 공급기(도면상 도시되지 않음)가 영역(25)에서 플라스마를 개시하기 위해 필요한 전기장을 제공한다. 편의상, 플라스마 영역(25)이 캐소드(120)의 표면에서 애노드(130)의 표면까지 걸쳐 있는 것으로 도시되지만, 캐소드(120)의 표면과 애노드(130)의 표면에 바로 이웃하여 데드존(암흑부)이 존재함을 이해해야 한다. 플라스마 활성화 공정에서 데드존의 존재는 내재적이며, 캐소드(120)와 애노드(130)는 플라스마에 의해 에칭되거나 그 밖의 다른 방식으로 손상되지 않음을 보장한다. 이후의 도면에서의 플라스마 영역의 도시에 유사한 고려사항이 적용된다.
종래의 공정에서 형성되는 플라스마는, 정상 상태(steady state)의 동적 평형 조건에서 불규칙하고 무질서하게 분포된 화학종을 포함한다. 상기 화학종은 공급원 물질(가령, 전구체나 캐리어 기체)의 분자뿐 아니라 중간 준안정적 화학종(metastable species)의 분포를 포함할 수 있다. 준안정적 화학종은, 전구체 또는 캐리어 기체 분자의 원소 및 일부분으로부터 유래한 이온, 이온-라디칼 및 중성 라디칼을 포함한다.
예를 들어, 분자 전구체 실란(SiH4)을 공급원 물질로서 증착 챔버로 전달함으로써, 비정질 실리콘의 플라스마 증착이 이뤄진다. 도 2는 실란이 활성화되어 플라스마를 형성할 때 제공될 수 있는 가능한 준안정적 화학종을 도시한다. 실란 플라스마에 존재하는 준안정적 중간물이 다양한 이온, 라디칼 및 분자 화학종을 포함한다. 라디칼은 중성이거나 하전된 것일 수 있다. 중성 라디칼은 SiH3, SiH2, SiH, Si 및 H를 포함한다. 상기 화학종은 바닥 전자 상태이거나, 들뜬 전자 상태일 수 있다(별표로 표시됨. 가령, SiH*는 들뜬 상태의 중성 라디칼을 의미함).
종래의 플라스마 증착 공정의 한계들 중 하나는, 플라스마에서 여러 다른 준안정적 화학종들이 동일함과 다양함을 적정하게 제어할 수 없다는 것이다. 플라스마에 존재하는 화학종들 중 어떤 화학종은 목표 박막 물질의 증착에 필수이거나 바람직한 반면, 어떤 화학종은 해롭기 때문에, 플라스마의 특성을 제어할 필요가 있다. 가령, 실란으로부터의 실리콘 증착의 경우, 중성 라디칼 SiH3이 비정질 실리콘을 기반으로 하는 고품질 물질을 형성하는 데 도움이 된다고 알려져 있으며, 반면에, 중성 라디칼 SiH2는 해롭다고 여겨지는데, 왜냐하면, 증착만 된 상태(as-deposited)의 물질에 중성 라디칼 SiH2가 혼입되면, 비방사성 공정을 통한 태양 에너지 효율을 열화시키는 디하이드라이드 결함이 생성되기 때문이다.
따라서 플라스마에서 화학종의 조성과 분포를 제어하는 것은, 플라스마-증착된 물질의 품질을 개선하는 목표와 관련하여, 바람직한 단계이다. 공정 자유도(가령, 온도, 압력, 농도, 유량, 전자 온도 및 전자 밀도)를 변화시킴으로써, 종래 기술의 플라스마 활성화 공정에서도 어느 정도의 제어가 가능하지만, 충분한 변환 효율을 갖는 광기전 물질의, 고속 증착 속도에서의 증착을 가능하게 하기 위해서는 더 많은 제어가 필요하다. 플라스마를 형성하는 현재의 방법은 플라스마 상태의 대강의 제어만 제공하며, 종래의 플라스마 증착 기법의 최적화는 증착을 위한 최적 지점(sweet spot)을 찾기 위한 대규모 실험 작업이다.
이상적으로, 플라스마에 존재하는 화학종을 고품질 박막 물질의 형성에 도움이 되는 화학종만으로 제한하고, 해로운 화학종은 제거하는 것이 바람직할 것이다. 본 발명에서, 본 발명의 발명자는 플라스마 내 화학종의 조성 및 분포 제어에 대한 현재 한계를 극복하고자 한다. 본 발명은 플라스마 증착 챔버로 공급원 물질을 전달하는 것을, 공간적으로 조화(coordinating)시키고, 시간적으로 동기화시키기 위한 방법과 장치를 제공한다. 본 발명은 종래 기술 공정에서, 플라스마 증착을 위한 공급원 물질이 계속 전달되고, 플라스마 발생을 위한 공간 내 공통 포인트로 향해진다. 본 발명의 발명자는, 플라스마 발생에 대한 이들 공간과 시간적 한계를 제거함으로써, 플라스마 내에 존재하는 화학종을 더 잘 제어할 수 있다고 생각한다.
본 발명에서, 플라스마 증착용 공급원 물질이 복수의 전달 포인트에서 주입되어, 증착 챔버로 들어간다. 공간적으로 이격되어 있는 전달 포인트들에서 복수의 공급원 물질 스트림이 주입되어, 스트림이 공급원 물질의 상호작용의 공통 포인트로부터 멀리 전달되도록 한다. 증착 장치의 캐소드와 애노드 사이에 위치하는 플라스마 영역 내 전략적 위치에서, 본 발명의 장치의 전달 포인트에서 여러 다른 공급원 물질이 주입되며, 여기서, 각각의 공급원 물질 스트림은 플라스마와의 상호작용을 위한 여러 다른 포인트 쪽으로 향해질 수 있다. 여러 다른 공급원 물질이 하나의 공통 포인트에서 결합되는 종래 기술 공정과 달리, 본 발명은, 플라스마가 차지하는 거리를 따라 분포되어 있는 전달 포인트와, 일련의 공급원 물질과 플라스마의 복수의 결합 포인트를 고려한다. 또한 본원에서, 본 발명의 증착 시스템의 전달 포인트가 주입 포인트(injection point)라고 지칭될 수 있다.
일실시예에서, 기판이 애노드로서 기능하고, 플라스마 영역이 실질적으로 캐소드와 기판 사이에 걸쳐 있다. 이 실시예에서, 공급원 물질 스트림을 주입하기 위한 복수의 전달 포인트가, 캐소드와 기판 사이의 거리를 따라, 공간적으로 엇갈리게 정렬되어 있어서, 플라스마와 서로 다른 공급원 물질 스트림의 결합을 위한 복수의 포인트를 제공할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판과 별도로 애노드가 사용된다. 이 실시예에서, 플라스마 영역이 캐소드와 애노드 사이에 위치하고, 기판이 플라스마 영역 밖에 배치된다. 플라스마 영역 밖에 위치하는 기판을 본원에서 원격 기판(remote substrate)이라고 지칭할 수 있다. 플라스마 영역에서 발생되는 화학종이 원격 기판으로 전달되며, 원격 기판 쪽으로 진전함에 따라, 플라스마 영역이 여기되면, 상기 화학종이 비활성화 상태(deactivated)가 된다. 이 실시예에서, 전달 포인트는, 공급원 물질 스트림을, 캐소드와 애노드 사이의 플라스마 영역으로 주입하도록, 또는 공급원 물질 스트림을 플라스마 영역 밖으로 주입하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 물질 스트림이, 하나 이상의 포인트에서, 플라스마 영역과 원격 기판 사이의 공간에 존재하는 비활성화된 증착 매질로 주입될 수 있다.
본 발명은 증착 장치의 길이에 걸쳐 형성되고 진화되는 증착 매질을 고려한다. 일실시예에서, 증착 매질은 캐소드와 애노드 사이의 영역에 위치하는 플라스마이며, 여기서 애노드는 기판으로 기능하거나, 기판이 애노드와 전기적으로 연결되어 있다. 또 다른 일실시예에서, 증착 매질은 비활성화된 부분을 포함하며, 상기 비활성화된 부분은, 증착 장치에서 캐소드와 애노드 사이에서 형성된 플라스마 영역 밖에 존재한다. 이 실시예에서, 기판은 플라스마 영역 밖에 위치하고, 비활성화된 증착 매질이 상기 기판에 이웃한다. 증착 매질은 증착 챔버의 플라스마 영역 또는 비활성화된 영역에서 형성되고 진화될 수 있다.
본 발명은, 물질 스트림이 증착 챔버로 주입되고 활성화되어 플라스마를 형성할 때, 여러 다른 화학종의 수명들의 차이와 다양한 화학종을 재발생(regenerate)시키는 확률의 차이 때문에, 생성되는 화학종의 분포가 동적이고, 시간에 따라 진화한다는 사실을 안다. 한 순간에서의 플라스마의 상태는 다른 순간에서의 플라스마 상태와 다를 수 있다. 마찬가지로, 플라스마가 비활성화되고, 플라스마 영역에서 원격-위치하는 기판 쪽으로 이동될 때, 수명의 차이와, 여러 다른 화학종들 간의 상호작용으로 인해, 비활성화된 증착 매질에 포함된 다양한 화학종의 특성이 시간에 따라 진화할 수 있다. 따라서 한 순간에서의 비활성화된 증착 매질의 상태가 또 다른 순간에서의 비활성화된 증착 매질의 상태와 다를 수 있다.
단일 전구체 또는 다른 공급원 물질로부터의 박막 물질의 증착 시, 본 발명의 발명자는, 이론에 구애받지 않고, 증착 표면에 바로 인접한 성장 존(growth zone)에 존재하는 화학종의 분포는, 기판과 전구체(또는 다른 공급원 물질) 주입 포인트 간의 거리에 따라 좌우될 수 있다. 기판이 주입 포인트에 가까이 위치할 때, 성장 존이 주입 포인트에 더 가까이 위치하고, 화학종의 분포 중 수명이 짧은(short-lived) 구성원이 증착 공정에 참여하거나 영향을 미칠 확률이 더 높아진다. 기판이 주입 포인트로부터 더 멀리 이동될 때, 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질 내 화학종이 성장 존까지 도달하기 위해, 약간의 거리를 건너 수송되어야 한다. 이러한 수송은 특정 시간을 요구하며, 상기 요구된 수송 시간이 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질 내 특정 화학종의 수명에 비해 길 때, 성장 존 내에 상기 특정 화학종이 존재할 가능성이 낮아진다. 따라서 기판이 물질 스트림의 전달 포인트로부터 멀리 위치할 때, 성장 공정(growth process)은 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질 내 분포된 화학종 중 수명이 긴 화학종에 의해 더 많이 영향을 받는다.
특정 박막 조성물의 증착이, 복수의 공급원 물질을 이용할 것을 필요로 하고, 이에 따라 강화될 수 있을 때, 추가적인 고려사항이 생긴다. 특히, 공급원 물질을 주입하는 순서와 타이밍이 성장 표면에 존재하는 플라스마의 상태에 영향을 미칠 것이다. 예를 들어, 공급원 물질 A와 공급원 물질 B를 필요로 하는 증착 공정을 고려하자. 공급원 물질 A가 증착 챔버로 주입되어 플라스마로 활성화된다고 가정하자. 플라스마의 개시 후, 화학종의 초기 분포가 존재한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이러한 화학종이 전달 포인트에서 성장 표면으로 수송됨에 따라, 이러한 화학종의 초기 분포는 시간과 거리에 따라 진화할 수 있다. 공급원 물질 A로부터 형성된 플라스마 내 화학종이 변함에 따라, 플라스마가 공급원 물질 B와 상호작용할 가능성도 변한다. 공급원 물질 A로부터 형성된 플라스마와 공급원 물질 B의 상호작용의 범위와 속성이 공급원 물질 A로부터 형성된 플라스마 내 화학물의 분포에 다라 달라질 것이다. 따라서 공급원 물질 A로부터 형성된 플라스마로 공급원 물질 B를 전달하는 타이밍이, 공급원 물질 A와 공급원 물질 B로부터 형성된 복합 플라스마 내 화학종의 분포에 영향을 미칠 것이다. 공급원 물질 A로부터의 플라스마의 개시 후 바로 공급원 물질 B를 주입함으로써 형성된 복합 플라스마는, 공급원 물질 A로부터 형성된 플라스마가 진화 가능해질 때까지 공급원 물질 B를 지연시킴으로써 형성된 복합 플라스마와 상이할 수 있다.
비활성화된 증착 매질을 포함하는 공급원 물질의 주입에도 유사한 고려사항이 적용된다. 앞서 언급된 바와 같이, 본 발명의 특정 실시예에서, 비활성화된 증착 매질도 시간에 따라, 그리고 플라스마 영역과 기판 사이 공간 내 거리에 걸쳐, 진화할 수 있다. 물질 스트림을 비활성화된 증착 매질로 주입하는 타이밍과 물질 스트림의 전달 포인트의 공간적 배치가, 비활성화된 복합 증착 매질 내 화학종들의 상호작용과 생성의 속성에 영향을 미친다.
복합 플라스마 또는 비활성화된 복합 증착 매질 내 화학종의 분포의 제어는, 주입되어, 특정한 복합 플라스마 또는 비활성화된 복합 증착 매질과 결합될 수 있는 복수의 추가적인 물질 스트림 각각에 까지 추가로 확장된다. 앞서 언급한 바와 같이, 물질 스트림 A와 물질 스트림 B로부터 형성된 복합 플라스마(또는 비활성화된 복합 증착 매질)에 존재하는 화학종의 분포는, 주입 타이밍과, 주입의 공간적 위치에 의해 제어될 수 있다. 제 3 물질 스트림 C가 사용될 때, 3원 복합 플라스마 또는 비활성화된 3원 복합 증착 매질 내 화학종의 분포가 물질 스트림 C의 주입 타이밍과 포인트뿐 아니라, 물질 스트림 A와 물질 스트림 B로부터 형성된 기존 복합 플라스마 또는 복합 증착 매질에 존재하는 화학종의 분포에 따라 달라진다.
본 발명에 의해 얻어지는 화학종의 유연한 분포의 추가적인 예로서, 물질 스트림 A로부터 형성된 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질로 물질 스트림 B를 주입하는 타이밍 또는 공간적 위치가, 복합 플라스마 또는 비활성화된 복합 증착 매질을 생성하도록 제어될 수 있으며, 여기서, 물질 스트림 A가 물질 스트림 B와 상호작용하여 특정 화학종 C를 제공하고, 그 후, 상기 특정 화학종 C는 뒤 이어 주입된 물질 스트림 D와 반응하거나 상호작용하여, 목표 박막 조성의 성장에 바람직한 특정 화학종 E를 형성할 수 있다. 본 발명에 의해 복합 플라스마 또는 비활성화된 복합 증착 매질 내 화학종의 분포를 제어함으로써 제공되는 융통성(versatility)과 자유도를 보여준 앞서 언급된 실시예는, 설명을 위한 것이지 한정을 위한 것이 아니다. 해당업계 종사자라면, 앞서 설명된 단계들의 다양한 조합이 가능함을 알 것이다.
본 발명은, 플라스마 내 화학종의 분포를 최적화함으로써, 증착된 물질의 품질을 최대화하고자 하며, 본 발명의 발명자는 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질의, 공간과 시간에 따른 진화가, 플라스마의 상태를 제어하기 위한 새로운 자유도를 제공함을 알았다. 공급원 물질이 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질에서 상호작용하는 시점과 위치를 제어함으로써, 결함 없는 고품질 박막 물질의 형성에 도움이 되는 화학종의 농도를 최적화하도록, 화학종의 분포가 조절될 수 있다.
증착을 위해 복수의 공급원 물질이 사용될 때, 공급원 물질들 간의 시너지 효과가 성장 전단(growth front)에서 존재하는 화학종의 분포를 통제한다. 종래 기술의 공정에서, 증착 챔버 내 하나의 공통적인 국소화된 위치에서, 복수의 공급원 물질이 주입되고, 결합되어, 활성화된다. 각각의 공급원 물질의 연속적인 스트림이지속적으로 전달되고, 하나의 공급원 물질로부터 발생된 전체 범위의 화학종이 다른 나머지 공급원 물질로부터 발생된 전체 범위의 화학종과 상호작용한다.
본 발명은, 특정 공급원 물질로부터 발생된 일부 화학종이 그 밖의 다른 공급원 물질로부터 발생된 일부 화학종과 해로운 상호작용을 하게 된다는 점을 인지한다. 본 발명의 전략은, 서로 다른 물질 스트림으로부터 발생된 화학종들 간에 이로운 상호작용을 촉진하도록, 공급원 물질 주입의 타이밍과 공간적 위치를 제어하는 것이다. 애노드와 캐소드 사이에 존재하는 플라스마 영역, 또는 플라스마 영역과 기판 사이에 위치하는 비활성화 영역으로의 서로 다른 공급원 물질들의 주입을 지연시키거나, 엇갈리게 함(stagger)으로써, 해로운 상호작용이 감소된다. 시간적으로 지연시키거나, 공간적으로 엇갈리게 함으로써, 새로 주입되는 공급원 물질이 만나게 되는 화학종의 분포가 제어될 수 있으며, 최종 복합 플라스마, 또는 비활성화된 증착 매질의 특성이 튜닝(tune)될 수 있다. 공급원 물질의 주입의 상대적 타이밍을 통제하는 것을, 본원에서, 공급원 물질이 증착 챔버로 전달되는 것의 시간적 동기화라고 지칭할 수 있다.
시간적 동기화(time synchronization) 또는 공간적 조화(spatial coordination)를 통해, 새롭게 주입되는 공급원 물질이 만나게 되는 플라스마의 상태가 제어될 수 있다. 특히, 존재하는 플라스마가 시간이나 공간적으로 진화함에 따라, 수명이 짧은 화학종이 수명이 긴 화학종에 비해 먼저 소명될 것으로 여겨진다. 수명이 짧은 화학종의 존재가 감소하는 것의 효과는 이롭거나 해로울 수 있다. 일부 공급원 물질에 있어서, 수명이 짧은 화학종이 고품질 박막 물질의 형성을 촉진시킬 수 있으며, 반면에, 그 밖의 다른 공급원 물질에 있어서, 수명이 짧은 화학종이 고품질 물질의 형성에 악영향을 미칠 수 있다.
종래의 실란 플라스마의 경우, 예를 들어, 고에너지를 갖는 화학종들 중 다수가 짧은 수명을 갖는 것으로 여겨지고, 고품질 물질의 형성에 해로운 것으로 여겨진다. 종래의 실란 플라스마에서 가장 일반적인 화학종의 에너지와 수밀도(number density)는 다음과 같이, 보고되었다:
화학종 에너지(eV) 수밀도(㎝-3)
Si* 10.53 ~105
Si 10.36 ~108-109
SiH* 10.33 ~105
SiHX - ~10 ~108
SiH 9.47 ~108-109
SiH2 9.47 ~109
SiH3 8.75 ~1012
SiH4 0 ~1015
목록에서, 각각의 화학종의 에너지는 실란의 바닥 상태에 상대적으로 보고된 것이다.
각각의 화학종의 수밀도는, 플라스마 내 그 밖의 다른 화학종에 대한, 자신의 발생율(rate of generation) 및 변형율(rate of transformation)의 균형을 나타낸다. 내부 붕괴 프로세스(가령, 발광(luminescence))를 통해, 또는 다른 화학종과의 상호작용을 통해, 화학종의 변형이 발생할 수 있다. 일반적으로 법칙으로, 특정 화학종의 수밀도가 감소함에 따라, 상기 특정 화학종과 상호작용할 수 있는 다른 화학종의 수는 증가하고, 이러한 다른 화학종의 농도가 증가한다. 상기의 목록에서, 가령, 실란은 가장 일반적인 화학종이며, 실험은, 실란과의 상호작용을 통해 SiH3을 제외한 목록의 모든 화학종이 고갈(deplete)됨을 보여준다. 유효 공핍 채널(depletion channel)의 결과로서, 이들 화학종의 수명이 짧아지고, 그들의 수밀도가 감소된다. 이와 달리, SiH3는 실란과 상호작용할 때 고갈되지 않는다. 풍부한 실란을 포함하는 SiH3의 유효 공핍 채널의 결여가 SiH3의 수명의 연장과 수밀도의 증가에 기여한다. 이러한 논의로부터, 실란 플라스마 내 고에너지를 갖는 화학종은 실란과의 상호작용을 통해, 가장 효율적으로 고갈됨을 알 수 있다.
실란 플라스마에 고에너지를 갖는 화학종이 존재하는 것은 두 가지 이유로 바람직하지 않다. 첫째, 고에너지 화학종은, 증착 동안 물질과의 충돌을 통해, 종착만 된 상태의 박막 물질을 더 손상시키고, 상기 박막 물질에 더 많은 결함을 초래한다. 둘째, 고에너지 화학종은 SiH3(고품질 실리콘계 광기전 물질의 증착을 위해 가장 바람직한 화학종이라고 여겨지는 중성 라디칼)의 수밀도에 해로운 영향을 미친다. 더 구체적으로, 고에너지 화학종이 SiH3와의 상호작용에 관여하여 SiH3를 덜 바람직한 화학종으로 변형시킨다. 상기 상호작용은, SiH3에서 수소를 뺏는 추출 및 충돌 반응을 포함한다. 순수 결과는 이로운 SiH3의 고갈 및 해로운 화학종(가령, 비정질 실리콘에의 디하이드라이드 결함에 기여하는 SiH2)의 생성이다. 따라서 실란계 증착에서, 플라스마의 실란으로부터 유래된 수명이 짧은 고에너지 화학종을 제외하거나 소멸시키는 것이 바람직할 수 있다. 유사한 고려사항이 게르마늄으로부터 발생된 플라스마에 적용될 수 있다(GeH4).
이와 달리, 불소를 포함하는 공급원 물질의 경우, 수명이 짧은 특정 화학종이 이롭다. 앞서 언급된 바와 같이, 불소의 존재가, 규칙적인 4면 배위(fourfold coordination)를 촉진시키고, 불포화 결합 및 그 밖의 다른 표면 결함을 패시베이션(passivate)함으로써, 비정질 반도체의 결함의 농도를 감소시킨다. 불소 라디칼(F)은 수명이 짧은 화학종이라고 여겨지며, 성장 전단(growth front)에 도달하기 전에 소멸되는 것이 바람직하지 않다고 여겨진다. 본 발명에 따라, 기판에 인접한 위치에서, 플루오르화(fluorinated) 공급원 물질(가령, F2, HF, 실란의 플루오르화 형태, 게르마늄의 플루오르화 형태)을 증착 장치로 주입함으로써, 증착 공정에 불소 라디칼이 참여하는 것이 증가될 수 있다. 플루오르화 공급 물질로부터 유래된 특정 불소-함유 라디칼을 기판으로 전달하는 시간이 라디칼의 수명보다 짧은 경우, 라디칼은 소멸하기 전에, 성장 공정에 참여한다.
앞서 언급된 고려사항들이 복수의 공급원 물질을 이용하는 증착으로 확장된다. 수명이 짧고 바람직하지 않은 화학종의 소멸이 촉진되도록, 제 1 공급원 물질로부터 형성된 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질이, 시간 또는 거리에 따라 진화함에 따라, 플라스마의 상태가 덜 복잡해지고, 바람직한 화학종을 더 풍부하게 갖게 된다. 제 2 공급원 물질의 주입이, 제 1 공급원 물질의 주입보다, 시간적으로 나중에, 또는 공간적으로 더 먼 곳에서 발생하는 경우, 제 2 공급원 물질이 만나게 되는 화학종의 범위가 덜 다양하고, 제 1 및 제 2 공급원 물질로부터 형성된 복합 플라스마에서 더 좁은 화학종 분포가 발생한다. 제 1 공급원 물질의 플라스마를 저 바람직한 상태로 진화시킴으로써, 제 1 공급원 물질과 제 2 공급원 물질 간의 상호작용의 범위가 감소되고, 복합 플라스마에서, 해로운 화학종이 덜 형성된다.
마찬가지로, 결함 농도를 감소시키는 수명이 짧은 화학종의 주입이 시간적으로 지연되어, 기존의 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질이, 수명이 길고 바람직한 화학종과 부정적으로 상호작용하려는 경향이 낮은 상태로 진화하게 할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 바람직하고 수명이 짧은 화학종을, 상기 수명이 짧은 화학종이 소멸되거나 플라스마(또는 비활성화된 증착 매질)의 다른 화학종과의 해로운 상호작용이 발생할 수 있기 전에 증착 공정에 참여할 수 있는 증착 챔버 내 위치에서 주입하도록, 상기 화학종의 전달 포인트(delivery point)도 제어될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 플라스마 증착 시스템을 도시한다. 상기 시스템은, 전달 장치(150, 152 및 154)가 구비된 증착 챔버(115)를 갖는 증착 장치(110)를 포함한다. 증착 챔버(115) 내에, 캐소드(120)와 애노드(130)가 존재하고, 기판(135)이 상기 애노드 상에 위치한다. 물질 스트림(140, 142 및 144)이 증착 챔버(115)로 제공되고, 플라스마 영역(125) 내 여러 다른 포인트로 전달된다. 스트림(140, 142 및 144)이 공급원 물질(가령, 전구 기체, 중간물(intermediate), 준안정적 화학종), 또는 캐리어 기체, 또는 (공급원 물질과 캐리어 기체를 포함하는) 혼합된 스트림을 전달할 수 있다. 스트림(140)이 전달 포인트(150)에서 전달 장치(150)를 빠져나오고, 스트림(142)이 전달 포인트(162)에서 전달 장치(152)를 빠져나오며, 스트림(144)이 전달 포인트(164)에서 전달 장치(154)를 빠져나온다. 캐소드(120) 및 애노드(130)로 연결되는 전력 공급 장치(도면상 도시되지 않음)가 영역(125)에 플라스마를 개시하기 위해 필요한 전기장을 제공한다. 전력 공급 장치는 DC 또는 AC 전기장을 제공할 수 있다. AC 전기장이 마이크로파 주파수, 무선 주파수, UHF 주파수(가령, GHz 체계), 또는 VHF 주파수(가령, MHz 체계)로 인가될 수 있다.
증착 장치(110)에서, 캐소드(120)에서 기판(135)으로의 방향을 따라, 전달 포인트(160, 162 및 164)이 공간적으로 엇갈리게 배열되며, 스트림(140, 142 및 144)이 서로 다른 위치에서 플라스마와 결합된다. 각각의 스트림은 자신의 주입 포인트에서, 여러 다른 화학종 분포와 국지적으로 만날 수 있다. 스트림(140)은 캐소드와 가까운 곳에서 공급원 물질 또는 캐리어 기체를 주입하고, 전달 포인트(160)의 인접부의 국지적 영역이 상기 스트림(140)으로부터 유래된 화학종으로 풍부해진다. 증착 장치(110)에서의 일반적인 수송 방향은 기판(135)을 향하는 방향이다. 스트림(142)이 만나는 플라스마의 상태가 스트림(140)이 만나는 플라스마의 상태와 상이할 수 있도록, 화학종이 기판(135) 쪽으로 전진함에 따라, 전달 포인트(160)의 인접부에 존재하는 화학종의 분포가 진화할 수 있다. 스트림(142)과 플라스마 간의 바람직한 상호작용을 촉진하는 진전하는 플라스마의 진화 포인트에 스트림(142)을 주입하기 위한 전달 포인트(162)의 위치가 정해진다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 스트림(140)으로부터 생성된 플라스마가 수송 동안 진화함에 따라, 상기 플라스마 내 고에너지 화학종이 소멸되거나 상기 고에너지 화학종의 수밀도가 감소될 수 있다. 스트림(142)의 주입을 지연시키거나 엇갈리게 함으로써, 이러한 고에너지 화학종과 스트림(142)으로부터의 화학종 간의 상호작용이 최소화되거나 피해질 수 있어서, (고에너지 화학종이 바람직하지 않은 상황에서) 전달 포인트(162)의 인접부에서 형성된 복합 플라스마 내 화학종의 분포가 더 잘 최적화되어, 기판(135)에 증착된 후 고품질 박막이 제공될 수 있다. 마찬가지로, 스트림(144)을 주입하기 위한 전달 포인트(164)의 위치도, 상기 스트림(144)으로부터 형성된 복합 플라스마 내 화학종의 분포를 최적화하고, 전달 포인트(162)의 인접부로부터 수송된 진화하는 플라스마를 최적화하는 포인트로 정해진다.
도 3의 실시예에서, 전달 장치(150, 152 및 154)는, 캐소드(120)에서 애노드(130)로 뻗어 있는 방향에 전체적으로 직교인 방향으로 배향된다. 대안적 실시예에서, 전달 장치 중 하나 이상은, 캐소드(120)에서 애노드(130)로 뻗어 있는 방향으로, 적어도 부분적으로 배향될 수 있다. 도 4는 캐소드(120)와 애노드(130) 간에 뻗어 있는 방향의 성분을 갖는 방향으로 스트림을 주입하도록 각도가 정해진 복수의 전달 장치를 갖는 대표적 증착 시스템을 도시한다. 도 4의 도면 부호들은 앞서 기재된 도 3의 도면 부호들에 대응한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 증착 장치는, 애노드와, 캐소드와, 상기 애노드에 독립적인 기판을 포함하며, 여기서 기판은 애노드와 캐소드 사이에 형성된 플라스마 영역 외부에 배치된다. 도 5 및 6은 본 발명의 이러한 실시예를 도시한다. 도 5는 플라스마 영역과, 비활성화된 증착 매질을 포함하는 영역을 포함하는 증착 챔버의 일실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 도면 부호들은 앞서 언급된 도 3의 도면 부호들에 대응한다. 도 5의 장치는 플라스마 영역(125)과 비-플라스마 영역(non-plasma region, 127)을 포함한다. 비-플라스마 영역(127)은 일반적으로, 애노드(130)와 기판(135) 사이에 존재하고, 비활성화된 증착 매질을 포함한다. 도 5의 실시예에서, 플라스마 영역(125)에서 발생된 화학종이 (예컨대, 캐리어 기체 또는 압력 차를 통해) 플라스마 영역(125) 밖으로, 기판(135) 쪽으로 수송된다. 도 5에서 수송 경로가 일련의 화살표로 표시된다. 화학종이 플라스마 영역(125)을 빠져나갈 때, 화학종은 비활성화되어, 비-플라스마 영역(127) 내 존재하는 비활성화된 증착 매질을 형성한다. 도 5의 실시예에서, 물질 스트림(144)을, 증착 장치(115)의 비-플라스마 영역(127)에 위치하는 비활성화된 증착 매질로 주입하도록 전달 장치(154)의 위치가 정해진다. 또 다른 실시예에서, 복수의 전달 장치가, 애노드(또는 캐소드)와 기판 사이의 방향을 따라 정렬되거나, 엇갈리게(stagger) 배치되어, 하나 이상의 물질 스트림을 증착 장치의 비활성화된 증착 매질 부분으로 주입할 수 있다.
도 6은 원격 플라스마 전달 장치를 이용하는 본 발명의 일실시예를 도시한다. 증착 장치(170)는, 기판(174)이 위에 배치되는 장착부(176)를 갖는 증착 챔버(172)를 포함한다. 전달 장치(180, 182 및 184)는 물질 스트림(190, 192 및 194)을 각각, 증착 챔버(172)로 주입한다. 도 6의 실시예에서, 전달 장치(180, 182 및 184)는 원격 플라스마 공급원이다. 원격 플라스마 공급원은, 하나 이상의 물질 스트림을 입력으로서 수용하고, 이로부터 플라스마를 생성하는 공급원이다. 애노드와 캐소드는 원격 플라스마 공급원의 일부로서 포함된다. 플라스마는 원격 플라스마 공급원의 내부에서 형성되고, 개구부 또는 구멍을 통해, 증착 챔버로 주입된다. 플라스마가 플라스마 공급원으로부터 빠져나올 때, 플라스마는 압력 강하에 직면하고, 가속되며, 증착 챔버로 확장된다.
플라스마에서 생성되는 화학종이 기판(174)으로 전달되고, 상기 기판 상에 박막 물질이 형성된다. 원격 플라스마 공급원(180, 182 및 184)으로부터의 주입은 펄스화(pulse)된 것이거나, 간헐적이거나, 연속적일 수 있으며, 공급원의 공간적 위치는, 앞서 언급된 바와 같이, 공간 상에서 엇갈리게 배치될 수 있다. 본 발명에 따르는 증착 시스템은, 노즐(nozzle)과 결합된 원격 플라스마 공급원을 포함할 수 있다. 원격 플라스마 공급원에 의해 주입되는 물질 스트림이, 증착 챔버 내 이미 존재하는 플라스마 영역으로, 또는 비활성화된 증착 매질 내로 주입될 수 있다.
본 발명은 둘 이상의 스트림을 플라스마 증착 장치로 주입하기 위한 둘 이상의 전달 포인트를 갖는 증착 시스템을 포함한다. 예를 들어, 도 3 및 4가 공간적으로 엇갈리게 배치된 전달 포인트로부터 3개의 스트림이 주입되는 실시예를 도시한다. 본 발명의 일실시예에서, 둘 이상의 엇갈리게 배치된 전달 포인트는, 복수의 스트림의 전달을 공간적으로 조화시키기 위해 배열되어, 서로 다른 스트림으로부터 발생되는 화학종들 간의 상호작용의 최적화를 촉진할 수 있다. 주입되는 화학종이 만나게 되는 플라스마 또는 비활성된 증착 매질 내 화학종의 존재 또는 부재를 제어함으로써, 화학종들 간 상호작용이 선택적으로 제어될 수 있다. 업스트림 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질이 선택된 상태로 진화되게 하고, 둘 이상의 스트림의 전달 포인트를 엇갈리게 함으로써, 다운스트림으로 주입되는 스트림이 만나게 되는 플라스마 또는 비활성화된 증착 매질의 화학종의 분포, 에너지 상태, 반응도(reactivity), 충돌 주파수(collision frequency) 및 그 밖의 다른 속성이 제어될 수 있다.
다른 일실시예에서, 본 발명은, 둘 이상의 스트림이 증착 챔버로 주입되며, 시간적으로 엇갈린 둘 이상의 전달 포인트를 갖는 증착 시스템을 포함한다. 이 실시예에서, 제 1 스트림이 주입되고, 플라스마 상태로 활성화되며, 추후 제 2 스트림이 주입되고 플라스마(또는 상기 플라스마로부터 유래된 비활성화된 증착 매질)와 결합된다. 시간적 지연에 의해, 제 1 스트림으로부터 활성화된 플라스마(또는 이러한 플라스마로부터 유래된 비활성화된 증착 매질)가, 제 2 스트림과 더 최적으로 상호작용하는 상태로 진화, 또는 발달된다. 이전 스트림과 동일하거나 상이한 전달 장치를 통해 지연된 스트림이 주입될 수 있으며, 상이한 전달 장치에서 주입된 경우, 상기 지연된 스트림은, 상기 이전 스트림을 주입한 전달 장치에 비해, 공간적으로 엇갈려 배치된(도 3), 또는 공간적으로 정렬된(도 1) 전달 장치에서 주입될 수 있다.
시간 또는 공간적으로 엇갈린 스트림은 연속 모드, 또는 간헐적 모드, 또는 이 둘의 조합 모드로 전달될 수 있다. 연속 모드에서, 증착 동안, 스트림이 연속적인 흐름으로서 유지된다. 간헐적 모드에서, 스트림은 하나 이상의 듀티 사이클 동안 펄스 모드(pulsed mode)로 주입된다. 펄스 모드에서, 스트림의 버스트(burst)가 증착 장치로 분사되며, 증착이 계속됨에 따라, 일정 시간 주기 후에, 흐름이 중단되거나 감소된다. 스트림은 1회 이상 사이클 온되고 사이클 오프되며, 여기서, 주사이클링은 주기적이거나 비주기적일 수 있다. 일실시예에서, 전 시간(early time)에서, 제 1 스트림이 연속 모드로 개시되고, 후 시간(later time)에서 제 2 스트림이 연속 모드로 개시된다. 다른 일실시예에서, 전 시간에서 제 1 스트림이 연속 모드로 개시되고, 후 시간에서 제 2 스트림이 펄스 모드로 개시된다. 또 다른 일실시예에서, 전 시간에서 제 1 스트림이 펄스 모드로 개시되고, 후 시간에서 제 2 스트림이 연속 모드로 개시된다. 다른 일실시예에서, 전 시간에서 제 1 스트림이 펄스 모드로 개시되고, 후 시간에서 제 2 스트림이 펄스 모드로 개시된다. 또한 각각의 스트림이 하나의 시간 윈도우 동안 연속 모드로 전달되고, 다른 시간 윈도우 동안 펄스 모드로 전달될 수도 있다. 본 발명은 셋 이상의 스트림이 사용될 때의 실시예로 확장될 수 있으며, 여기서, 시간 및/또는 공간적으로 엇갈리는 각각의 스트림이 연속 모드, 또는 펄스 모드 또는 이 둘의 조합 모드로 전달된다.
또 다른 실시예에서, 본 발명의 원리가 둘 이상의 공간적으로 이격되어 있는 플라스마 영역을 포함하는 증착 시스템으로 확장된다. 상기 증착 시스템은, 하나 이상의 애노드와 결합된 하나 이상의 캐소드를 포함할 수 있으며, 여기서, 둘 이상의 플라스마 영역이 형성된다. 예를 들어, 도 7은 2개의 플라스마 영역을 갖는 플라스마 증착 시스템을 도시한다. 플라스마 증착 시스템(210)은, 전달 장치(250 및 252)를 구비하는 증착 챔버(215)를 갖는 증착 장치(210)를 포함한다. 증착 챔버(215) 내에, 제 1 캐소드(220), 제 2 캐소드(222) 및 애노드(230)가 위치하며, 상기 애노드 상에 기판(235)이 위치한다. 애노드(230)는 공유 애노드이며, 제 1 캐소드(220)와 함께 제 1 플라스마 영역(225)을 형성하고, 제 2 캐소드(222)와 함께 제 2 플라스마 영역(227)을 형성한다. 스트림(240)이 챔버(215)에 증착을 수행하기 위해 제공되며, 플라스마 영역(225) 쪽으로 전달된다. 스트림(242)이 챔버(215)에 증착을 수행하기 위해 제공되며, 플라스마 영역(227) 쪽으로 전달된다. 스트림(240 및 242)이 공급원 물질(가령, 전구 기체, 중간물, 준안정적 화학종), 또는 캐리어 기체, 또는 (공급원 물질과 캐리어 기체를 포함하는) 혼합 스트림을 전달할 수 있다. 스트림(240)은 전달 포인트(260)에서 전달 장치(250)를 빠져나가고, 스트림(242)은 전달 포인트(262)에서 전달 장치(252)를 빠져나간다. 제 1 캐소드(220)와, 제 2 캐소드(230)와, 공유 애노드(230) 사이에 상호 연결된 하나 이상의 전력 공급 장치(도면상 도시되지 않음)가 영역(225 및 227)에 플라스마를 개시하기 위해 필요한 전기장을 제공한다. 또한, 도 5와 관련하여 앞서 설명된 것처럼, 비활성화된 영역을 제공하기 위해 기판과 애노드를 분리하도록, 도 7의 실시예가 수정될 수 있다.
복수의 플라스마 영역 시스템에서, 여러 다른 스트림이 별개의 플라스마 영역으로 주입된다. 여러 다른 스트림으로부터 형성된 개별 플라스마가, 그 밖의 다른 스트림이 없는 환경에서 생성되고, 이로써, 앞서 언급된 바와 같이, 기판 근방의 박막 성장 영역에 의해 이용 가능한 화학종의 분포를 좁히도록(narrow), 또는 그 밖의 다른 방식으로 개선하도록 시간과 공간의 진행에 따라 진화할 수 있다. 다른 스트림과 별개의 플라스마 영역에 형성된 진화된 플라스마들이 결합 영역(combination region, 229)에서 합쳐져서, 박막 물질이 기판(235) 상에 형성되는 데 참여하는 화학종의 분포를 제공하는 복합 플라스마를 형성할 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 스트림(또는 물질 스트림 또는 물질의 스트림)이 물질의 공급자 또는 흐름이다. 물질은 공급원 물질, 또는 캐리어 기체, 또는 이 둘의 조합일 수 있다. 본원에서 사용될 때, 공급원 물질은 하나 이상의 원소를, 기판 상에 형성된 박막 물질에 기여시키는 물질이다. 공급원 물질은, 예를 들어, 분자 증착 전구체, 상기 분자 증착 전구체로부터 유래한 준안정적(또는 중간물) 화학종, 첨가제 및 도펀트(dopant)를 포함한다. 공급원 물질은 홀로, 또는 캐리어 기체와 함께 주입될 수 있다. 캐리어 기체, 또는 증착 장치에서 배경 압력을 제어하기 위한 기체가 또한 공급원 물질과 별도로 도입될 수 있다.
공급원 물질은 분자 증착 전구체(가령, 실란(SiH4) 및 게르마늄(GeH4))를 포함한다. 공급원 물질은 또한, 플루오르화 실리콘 및 게르마늄 화합물, 가령, SiF4, GeF4, 실란의 플루오르화 형태(SiF3H, SiF2H2, SiFH3), 게르마늄의 플루오르화 형태(GeF3H, GeF2H2, GeFH3)를 포함한다. 주석 전구체(가령, SnH4, SnCl4, SnF4, SnF2 등)가 공급원 물질로서 기능할 수 있다. 불소의 이점은 S.R Ovshinksy에 의해 충분히 입증된 바 있다. 구체적으로, S.R. Ovshinsky는 불소의 포함이 실리콘, 게르마늄 및 그 밖의 다른 박막 물질의 구성성분의 규칙적인 배위를 촉진시키고, 불포화 결합(dangling bond) 및 그 밖의 다른 결함을 패시베이션하도록 기능하며, 적정 양으로, 나노결정질의 형성, 중주기 질서도(intermediate range order), 또는 실리콘 및 게르마늄의 마이크로결정질 상을 촉진시키도록 기능함을 보였었다. S.R. Ovshinsky는, 나노결정질의 형성, 중주기 질서도, 또는 실리콘 및 게르마늄의 마이크로결정질 상을 촉진시킴으로써, 불소의 사용이 정공 이동도를 개선함을 입증했다. (더 많은 정보를 위해, 가령, S.R. Ovshinsky: 미국 특허 제5,103,284호(SiH4 및 SiF4로부터의 나노결정질 실리콘의 형성); 미국 특허 제4,605,941호(불소의 존재 하에서 제조된 비정질 실리콘에서의 결함 상태의 실질적 감소를 보여줌); 미국 특허 제4,839,312호(비정질 및 나노결정질 실리콘의 증착을 위한 몇 가지 불소계 전구체를 제공함)의 참조 문헌을 참고하라.)
공급원 물질은 또한 준안정적 또는 중간 화학종을 포함한다. 미국 특허 출원 제12/209,699호(이하, ‘699 출원)(상기 출원은 본원에서 참조로서 포함됨)에서, S.R. Ovshinsky는 박막 증착용으로 미리 선택된 선호되는 준안정적 또는 중간 화학종의 이점을 기재했다. '699 출원의 목적은, 박막 물질을 형성하도록 사용되는 플라스마 내 바람직하지 않은 화학종의 존재를 최소화시키는 것이다. '699 출원에서 사용되는 전략은, 바람직한 준안정적 또는 중간 화학종을 증착 시스템으로 수순 형태로 전달하여, 선호되는 화학종이 종래의 플라스마에서 생성될 때, 바람직하지 않은 화학종과 선호되는 화학종 간의 해로운 상호작용을 피하는 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 준안정적 또는 중간 화학종이 분자 증착 전구체로부터 유래된다. 준안정적 또는 중간 화학종이 증착 챔버의 외부에서 안정화되고 전달 장치를 통해 스트림으로서 제공되거나, 전달 장치로 투입되기 바로 전에, 또는 전달 장치로 투입된 후, 또는 본 발명의 시스템의 증착 챔버로 투입된 후, 분자 증착 전구체로부터 생성될 수 있다. 중성 라디칼이 바람직한 준안정적 또는 중간 화학종의 일실시예이다. 실리콘 및 게르마늄 기반 증착의 경우, SiH3 및 GeH3은 각각, 특히 바람직한 증착 화학종이라고 여겨진다. 또한 준안정적 공급원 물질은 플루오르화 중성 라디칼(가령, SiF2H, SiFH2, SiF3, GeF2H, GeFH2 및 GeF3)도 포함한다.
공급원 물질은 처리 물질(treatment material)을 포함하며, 상기 처리 물질은 (통상, 표면 반응을 통해) 증착만 된 상태(as-deposited)의 물질에 반응하거나, 증착만 된 상태의 물질의 결함을 패시베이션한다. 처리 공급원은 또한 희석제(diluent)로서 기능할 수 있다. 처리 공급원은 수소(H2 또는 H)와 불소(F2, HF, CF4, SF6, NF3, SiF6 또는 F)를 포함한다. 수소 및 불소는 실리콘 및 게르마늄 기반 광기전 물질 내 불포화 결합을 포화시키고, 더 규칙적인 4면 배위를 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 또한 수소 및 불소는, 비정질 광기전 물질 내에서 나노결정질 또는 중주기 질서도 물질의 영역의 형성을 촉진시킨다. 나노결정질 및 중주기 질서도 물질은 이로운데, 왜냐하면, 광기전 물질에서 소수 캐리어의 이동도를 개선하기 때문이다.
또한 공급원 물질이, 증착만 된 상태의 박막 물질로 도펀트를 제공하는 스트림을 포함한다. 도펀트 공급원은 박막으로, n-형 또는 p-형 전도도에 영향을 미치는 원소를 제공한다. 대표적 도펀트 공급원으로는, NH3, N2, AsH3, PH3, PH5, SF6, BF3, B2H6, BH3 및 이들의 조합을 포함한다.
캐리어 기체는 원소를 증착된 박막 조성에 기여하지 않는 기체이며, 일반적으로 공급원 물질을 희석시키기 위해 사용된다. 본 발명에 따르는 대표적인 캐리어 기체는 네온(Ne), 헬륨(He), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 박막 조성물의 경우, 수소(H2), 또는 질소(N2)가 역시, 캐리어 기체로서 기능할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 캐리어 기체는 증착에서 사용되는 공급원 물질에 대해 화학적으로 비활성이다.
본 발명의 증착 시스템의 전달 장치는 일반적으로, 물질의 스트림을 증착 챔버로 공급하기 위한 수단을 포함한다. 일실시예에서, 전달 장치는 기상(gas phase) 스트림을 증착 챔버로 제공한다. 전달 장치는 튜브, 도관, 파이프, 노즐, 제트, 및 원격 플라스마 공급원을 포함한다. 노즐은 유연한 전달 장치이며, 노즐의 크기, 형태 및 점감도(taper)가, 공급원 물질 또는 캐리어 기체가 증착 챔버로 전달되는 속력을 제어하기 위해 사용될 수 있으며, 준안정적 또는 중간 화학종의 경우, 선호되는 화학종을 생성 또는 전달하는 것을 보조하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 플라스마 활성화 공정에서, 노즐이 대전되거나, 캐소드로서 기능할 수 있다. 원격 플라스마 공급원은, 여기된 화학종을 증착 챔버로 전달함에 있어 유연성을 제공하기 때문에, 또 다른 바람직한 전달 장치이다. 원격 플라스마 공급원은 공급원 물질로부터 화학종의 분포를 생성하고, 이를 빔(beam) 또는 제트(zet)로서 증착 챔버로 주입한다. 증착을 위한 화학종을 생성하기 위해, 원격 플라스마 공급원에서 다양한 공급원 물질이 활성화될 수 있다.
전달 장치는 위치가 고정되어 있거나, 이동 가능할 수 있다. 전달 장치는, 수평 방향, 또는 수직 방향, 또는 수평과 수직 방향의 조합으로 움직일 수 있다. 전달 장치의 병진 운동, 진동(oscillation) 운동, 또는 그 밖의 다른 운동이 박막 물질의 증착과 증착 사이에, 또는 박막 물질의 증착 동안, 발생할 수 있다. 전달 장치의 운동은, 증착 챔버에 존재하는 화학종의 분포를 제어함에 있어, 추가적인 자유도를 제공한다. 증착 동안의 전달 장치의 운동이, 주입의 시간적 동기화와 결합하여 발생하여, 주입이 공간과 시간 모두에서 제어되도록 할 수 있다.
상기 전달 장치는 물질 스트림에 존재하는 화학종의 넓은 분포 중에서, 특정 화학종, 또는 화학종의 서브셋(subset)을 제공하도록 구성될 수 있다. 스트림이 증착 챔버로 투입되기 위해 전달 장치를 빠져나올 때 통과하는 구멍(opening)의 크기가, 전달 장치에 의해 주입되는 화학종의 개체를 제어함에 있어, 하나의 자유도를 제공한다. 구멍이 큰 경우, 전달 장치는 스트림을, 전달 장치의 투입구에서 공급되었던 상태로 주입한다. 그러나 구멍의 크기가 감소할수록, 스트림의 흐름이 제한적이 되고, 흐름의 구성성분들 간의 분리 간격이 감소된다. 따라서 구성성분들 간에 새로운 상호작용이 전개되고, 이들 상호작용은 다른 경우라면 전달 챔버로 주입되기 위해 이용 가능하지 않았을 화학종을 생성한다. 구체적으로, 구멍의 크기가 분자 크기에 근접하는 크기까지로 감소된 경우, 상기 구멍은 스트림의 구성성분을 크기에 따라 선택적으로 전달하도록 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 구멍의 크기에 의해 정의된 임계 크기 이하의 분자 크기를 갖는 구성성분은 증착 챔버로 주입되고, 상기 임계 크기 이상의 구성 성분은 거절된다.
덧붙여, 전달 장치의 구멍을 따라, 또는 상기 구멍에, 전압이 인가될 수 있다. 구멍의 크기가 감소할수록, 상기 구멍에서의 전압에 의해 발생된 국소 전기장이 증가한다. 구멍의 크기가 분자 크기 규모에 근접할 때, 극도로 높은 국소 전기장이 발생되며, 이들 전기장은, 흐르는 스트림이 전달 장치를 빠져나감에 따라, 이로부터 특유의 화학종 분포를 생성한다. 여러 다른 전달 장치의 전달 포인트들 사이의 간격이, 증착 챔버로 주입되는 화학종의 개체를 제어함에 있어, 두 번째 자유도를 제공한다. 여러 다른 전달 장치들 간의 간격은, 각각의 전달 장치가 독립적인 스트림 공급기로서 기능하기에 충분히 클 수 있으며, 이때, 앞서 설명된 바와 같이, 전달 장치의 특성이 증착 챔버로 주입되는 화학종의 속성과 분포를 제어한다. 일실시예에서, 전달 장치 간의 공간적 간격이, 전달 장치의 전달 포인트 간 공간적 간격에 대응한다. 다른 일실시예에서, 전달 장치들 간 공간적 간격은, 증착 챔버의 캐소드에서 애노드까지 뻗어 있는 방향, 또는 증착 챔버 내 캐소드(또는 애노드)에서 기판까지 뻗어 있는 방향을 따라, 하나의 전달 장치의 전달 포인트에 대한 또 다른 전달 장치의 전달 포인트의 변위로서, 산정된다. 본원에서, 캐소드에서 애노드까지 뻗어 있는 방향을, 본원에서 길이방향이라고 지칭할 수 있다. 캐소드 또는 애노드에서 기판까지 뻗어 있는 방향을, 본원에서, 증착 매질의 수송 방향이라고 지칭할 수 있다. 일실시예에서, 둘 이상의 전달 장치의 전달 포인트들 간 공간적 간격은, 길이방향에서 1㎜ 이상이다. 다른 일실시예에서, 둘 이상의 전달 장치의 전달 포인트들 간 공간적 간격은 길이방향에서 10㎜ 이상이다. 다른 일실시예에서, 둘 이상의 전달 장치의 전달 포인트들 간 공간적 간격은 길이방향으로 100㎜ 이상이다.
이 실시예에서, 복수의 전달 포인트로부터 도출된 복합 플라스마 내 화학종의 전체 분포가, 각각의 전달 포인트의 독립적인 제어를 통해, 조화된다. 일실시예에서, 증착 시스템은, 중성 라디칼 SiH3에 풍부한 스트림을 전달하도록 최적화된 제 1 전달 장치와, 중성 라디칼 GeH3 또는 중성 라디칼 SiF3에 풍부한 스트림을 전달하도록 최적화된 제 2 전달 장치를 포함한다. 또한 여러 다른 전달 장치가 준안정적 또는 중간 화학종과 분자 증착 전구체의 조합, 또는 복수의 분자 증착 전구체들의 조합을 전달할 수 있다.
또는, 전달 장치로부터 빠져 나오는 스트림의 구성성분들 간 양자 작용(quantum interaction) 또는 파동함수 겹침을 유발하여, 스트림들 간 시너지 효과를 제공하기 위해, 서로 다른 전달 장치들 간의 간격이 좁아질 수 있다. 이러한 시너지 효과는, 스트림 간 상호 양자-레벨 상호작용을 통해 고유의 화학종을 제공하고, 2개의 스트림으로부터 형성된 복합 플라스마 내 화학종의 분포를 최적화하기 위한 자유도를 제공한다. 실제로, 전달 포인트는, 증착 챔버의 외벽에 위치하는 가깝게 이격된 구멍들의 망으로서 구성될 수 있다. 또한, 전달 포인트가 외벽을 관통하도록 전달 장치가 구성되어 챔버의 내부로 들어갈 수 있다(예컨대, 도 3-5 참조). 일실시예에서, 전달 포인트들 간 간격은 100㎛ 이하이다. 일실시예에서, 전달 포인트들 간 간격은 10㎛ 이하이다. 다른 일실시예에서, 전달 포인트들 간 간격은 1㎛ 이하이다. 또 다른 일실시예에서, 전달 포인트들 간 간격은 100㎚ 이하이다.

Claims (133)

  1. 박막 물질을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
    증착 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 증착 챔버는 기판과 제 1 캐소드와 제 1 애노드와 제 1 전달 장치와 제 2 전달 장치를 포함하고, 상기 증착 챔버는 상기 제 1 캐소드에서 상기 제 1 애노드까지 뻗어 있는 제 1 방향을 가지며, 상기 제 1 전달 장치는 제 1 전달 포인트를 포함하고, 상기 제 2 전달 장치는 상기 제 1 전달 포인트와 상기 기판 사이에 배치되는 제 2 전달 포인트를 포함하며, 상기 제 2 전달 포인트는 상기 제 1 방향 내 제 1 전달 포인트로부터 공간적으로 이격되어 있는 특징의, 증착 챔버 제공 단계와,
    제 1 물질 스트림을 상기 제 1 전달 장치로 제공하고, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 1 물질 스트림을 상기 증착 챔버로 주입하는 단계와,
    상기 제 1 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 전기장을 확립하고, 상기 전기장은 플라스마를 개시하고, 상기 플라스마는 상기 제 1 물질 스트림으로부터 유래된 화학종을 포함하는 단계와,
    상기 제 2 전달 장치로 제 2 물질 스트림을 제공하고, 상기 제 2 전달 장치는 상기 제 2 물질 스트림을 상기 플라스마로 주입하여, 복합 플라스마를 형성하며, 상기 복합 플라스마는 상기 제 1 물질 스트림과 상기 제 2 물질 스트림으로부터 유래된 화학종을 포함하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 상기 애노드 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 캐소드는 다공질 캐소드인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 제 1 전달 포인트에 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 구멍은 10㎛ 이하의 단면 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 구멍은 1㎛ 이하의 단면 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 전달 장치는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 제 2 전달 포인트에 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 전달 포인트에 위치하는 상기 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방향으로의, 상기 제 1 전달 포인트와 상기 제 2 전달 포인트 사이의 간격은 1㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방향으로의, 상기 제 1 전달 포인트와 상기 제 2 전달 포인트 사이의 간격은 10㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방향으로의, 상기 제 1 전달 포인트와 상기 제 2 전달 포인트 간의 간격은 1㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 방향으로의, 상기 제 1 전달 포인트와 상기 제 2 전달 포인트 간의 간격은 100㎛인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전기장은 마이크로파 주파수, 라디오주파수, 극초고주파수(ultrahigh frequency), 초고주파수(very high frequency) 중 하나로 발진하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은, 실란, 또는 디실란, 또는 게르만(germane)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 중성 라디칼 SiH3, 또는 중성 라디칼 GeH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란의 플루오르화 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제 1 물질은 SiF4, 또는 SiF3H, 또는 SiF2H2, 또는 SiFH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  23. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 제 1 준안정적 화학종(metastable species)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 제 2 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 2 준안정적 화학종의 수명은, 제 1 준안정적 호학종의 수명보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 증착 챔버로 주기적으로 펄스되어 제공되고, 상기 주기적 펄스는, 온 사이클(on cycle)과 오프 사이클(off cycle)을 교대하고, 상기 제 1 물질 스트림은, 상기 온 사이클 동안 제 1 유량으로 전달되고, 상기 제 1 물질 스트림은 오프 사이클 동안 제 2 유량으로 전달되며, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량을 초과하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 상기 오프 사이클 동안은 주입되고, 상기 온 사이클 동안은 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 제 2 유량은 0인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  31. 제 1 항에 있어서, 상기 플라스마는 상기 제 1 전달 포인트에 인접한 제 1 화학종 분포를 가지며, 상기 제 2 전달 포인트에 인접한 제 2 화학종 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 제 2 화학종 분포 내 화학종들의 평균 수명은 상기 제 1 화학종 분포 내 화학종들의 평균 수명과 다른 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 제 2 화학종 분포 내 화학종들의 평균 수명은 상기 제 1 화학종 분포 내 화학종들의 평균 수명보다 높은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  34. 제 31 항에 있어서, 중성 라디칼의 수밀도는, 제 1 화학종 분포에서보다 제 2 화학종 분포에서 더 높은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 중성 라디칼 SiH3의 수밀도는, 제 1 화학종 분포에서보다 제 2 화학종 분포에서 더 높은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  36. 제 31 항에 있어서, 상기 복합 플라스마는 상기 제 2 전달 포인트에 인접한 제 1 화학종 분포와 상기 기판에 인접한 제 2 화학종 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  37. 제 36 항에 있어서, 상기 복합 플라스마의 상기 제 2 분포는 상기 복합 플라스마의 제 1 분포보다 더 높은 수밀도의 중성 라디칼을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  38. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 챔버는 제 3 전달 포인트를 갖는 제 3 전달 장치를 더 포함하며, 상기 방법은,
    상기 제 3 전달 장치로 제 3 물질 스트림을 제공하며, 상기 제 3 전달 장치가 상기 제 3 스트림을 상기 복합 플라스마로 주입하여, 제 2 복합 플라스마를 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  39. 제 1 항에 있어서, 상기 증착 챔버는, 제 2 캐소드와 제 3 전달 장치를 더 포함하고, 상기 제 3 전달 장치는 제 3 전달 포인트를 포함하며, 상기 방법은
    상기 제 2 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 보조 전기장을 확립하며, 상기 보조 전기장이 상기 제 2 물질 스트림으로부터 플라스마를 개시하는 단계와,
    제 3 물질 스트림을 상기 제 3 전달 장치로 제공하고, 상기 제 3 전달 장치가 상기 제 3 물질 스트림을 상기 보조 전기장에 의해 개시된 상기 플라스마로 주입하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  40. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은
    배경 기체를 상기 증착 챔버로 도입시키는 단계로서, 상기 플라스마가 상기 배경 기체로부터 유래된 화학종을 더 포함하는 특징의, 배경 기체 도입 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  41. 제 40 항에 있어서, 상기 배경 기체는 아르곤, 또는 네온, 또는 헬륨, 또는 제논, 또는 크립톤, 또는 수소, 또는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  42. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 원격 플라스마 공급원인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 제 2 전달 장치는 원격 플라스마 공급원인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  44. 박막 물질을 형성하는 방법에 있어서, 상기 방법은
    증착 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 증착 챔버는 기판, 캐소드, 애노드, 제 1 전달 장치 및 제 2 전달 장치를 포함하고, 상기 증착 챔버는 상기 캐소드에서 상기 애노드까지 뻗어 있는 제 1 방향과 상기 애노드에서 상기 기판까지 뻗어 있는 제 2 방향을 가지며, 상기 제 1 전달 장치는 상기 애노드와 캐소드 사이에 배치된 제 1 전달 포인트를 포함하며, 상기 제 2 전달 장치는 상기 애노드와 상기 기판 사이에 배치된 제 2 전달 포인트를 포함하는 특징의, 증착 챔버 제공 단계와,
    제 1 물질 스트림을 상기 제 1 전달 장치로 제공하고, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 1 물질 스트림을 상기 캐소드와 상기 애노드 사이로 주입하는 단계와,
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 전기장을 확립하는 단계로서, 상기 전기장은 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 플라스마 영역을 형성하며, 상기 플라스마 영역은 플라스마를 포함하며, 상기 플라스마는 상기 제 1 물질 스트림으로부터 유래된 화학종을 포함하는, 전기장 확립 단계와,
    상기 제 2 전달 장치로 제 2 물질 스트림을 제공하며, 상기 제 2 전달 장치는 상기 제 2 물질 스트림을 상기 애노드와 상기 기판 사이로 주입하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서, 상기 기판은 상기 플라스마 영역 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 방법은,
    상기 제 1 물질 스트림으로부터 유래된 상기 화학종을 상기 기판 쪽으로 수송하며, 상기 화학종은 상기 플라스마 영역을 빠져나와 비활성화되고, 상기 제 2 물질 스트림은 상기 비활성화된 화학종과 결합되는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  47. 제 46 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  48. 제 47 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  49. 제 45 항에 있어서, 상기 제 2 전달 장치는 원격 플라스마 공급원임을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  50. 제 44 항에 있어서, 상기 증착 챔버는 제 3 전달 포인트를 갖는 제 3 전달 장치를 더 포함하며, 상기 제 3 전달 장치는 상기 제 1 방향으로 상기 제 1 전달 장치와 어긋나(stagger) 있으며, 상기 제 3 전달 포인트는 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 배치되며, 상기 방법은
    제 3 물질 스트림을 상기 제 3 전달 장치로 제공하며, 상기 제 3 전달 장치가 상기 제 3 물질 스트림을 상기 플라스마 영역으로 주입하고, 상기 플라스마는 상기 제 3 물질 스트림으로부터 유래된 화학종을 더 포함하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘을 포함하고, 상기 제 3 물질 스트림은 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  52. 제 51 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  53. 제 44 항에 있어서, 상기 증착 챔버는 제 3 전달 포인트를 갖는 제 3 전달 장치를 더 포함하며, 상기 제 3 전달 장치는 상기 제 2 방향으로, 상기 제 2 전달 장치와 어긋나 있으며, 상기 제 3 전달 포인트는 상기 애노드와 상기 기판 사이에 배치되고, 상기 방법은,
    제 3 물질 스트림을 상기 제 3 전달 장치로 제공하고, 상기 제 3 전달 장치는 상기 제 3 물질 스트림을 상기 애노드와 상기 기판 사이로 주입하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  54. 제 53 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘을 포함하고, 상기 제 3 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  55. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 캐소드는 다공질 캐소드인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  56. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 노즐을 포함하며, 상기 노즐은 상기 제 1 전달 포인트 위치에 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  57. 제 56 항에 있어서, 상기 구멍은 10㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  58. 제 56 항에 있어서, 상기 구멍은 1㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  59. 제 56 항에 있어서, 상기 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  60. 제 56 항에 있어서, 상기 제 2 전달 장치는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 제 2 전달 포인트에 위치하는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 제 2 전달 포인트에서의 상기 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  62. 제 44 항에 있어서, 상기 전기장은 마이크로파 주파수, 또는 라디오주파수, 또는 극초고주파수, 또는 초고주파수에서 발진하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  63. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘, 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  64. 제 63 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란, 또는 디실란, 또는 게르만을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  65. 제 63 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 중성 라디칼 SiH3 또는 중성 라디칼 GeH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  66. 제 63 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  67. 제 63 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  68. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  69. 제 68 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란의 플루오르화 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  70. 제 69 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 SiF4, SiF3H, SiF2H2, 또는 SiFH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  71. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 제 1 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  72. 제 71 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 제 2 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  73. 제 72 항에 있어서, 상기 제 2 준안정적 화학종의 수명은 상기 제 1 준안정적 화학종의 수명보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  74. 제 44 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  75. 제 74 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  76. 제 74 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 증착 챔버로 주기적으로 펄스화되며, 이러한 주기적 펄스화는 온 사이클(on cycle) 및 오프 사이클(off cycle)을 교대하는 것을 포함하고, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 온 사이클 동안 제 1 유량으로 전달되고, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 오프 사이클 동안 제 2 유량으로 전달되며, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량을 초과하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  77. 제 76 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 상기 오프 사이클 동안 주입되고, 상기 온 사이클 동안 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  78. 제 76 항에 있어서, 상기 제 2 유량은 0인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  79. 박막 물질을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    증착 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 증착 챔버는 기판과, 제 1 주입 포인트를 갖는 제 1 원격 플라스마 공급원과, 제 2 주입 포인트를 갖는 제 1 전달 장치를 포함하는 특징의, 상기 증착 챔버 제공 단계와,
    제 1 물질 스트림을 상기 제 1 원격 플라스마 공급원으로 제공하고, 상기 제 1 원격 플라스마 공급원이 상기 제 1 물질 스트림을 포함하는 플라스마를, 상기 제 1 주입 포인트에서 상기 증착 챔버로 주입하는 단계와,
    제 2 물질 스트림을 상기 제 1 전달 장치로 제공하며, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 2 물질 스트림을, 상기 제 2 주입 포인트에서 상기 증착 챔버로 주입하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  80. 제 79 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판 상에 박막을 형성하는 단계로서, 상기 박막은 상기 제 1 물질 스트림과 상기 제 2 물질 스트림으로부터 유래된 원소를 포함하는 특징의, 박막 형성 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  81. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 전달 공급원은 원격 플라스마 공급원인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  82. 제 79 항에 있어서, 상기 증착 챔버는 제 2 원격 플라스마 공급원을 더 포함하며, 상기 방법은
    제 3 물질 스트림을 상기 제 2 원격 플라스마 공급원으로 제공하며, 상기 제 2 원격 플라스마 공급원이 상기 제 2 물질 스트림을 포함하는 플라스마를 상기 증착 챔버로 주입하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  83. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 제 2 주입 포인트에 위치하는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  84. 제 83 항에 있어서, 상기 구멍은 10㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  85. 제 83 항에 있어서, 상기 구멍은 1㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  86. 제 83 항에 있어서, 상기 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  87. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 주입 포인트와 상기 제 2 주입 포인트 간 간격은 1㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  88. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 주입 포인트와 상기 제 2 주입 포인트 간 간격은 10㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  89. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 주입 포인트와 상기 제 2 주입 포인트 간 간격은 10㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  90. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  91. 제 90 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란, 또는 디실란, 또는 게르만을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  92. 제 90 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 중성 라디칼 SiH3, 또는 중성 라디칼 GeH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  93. 제 90 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  94. 제 90 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  95. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  96. 제 95 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란의 플루오르화 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  97. 제 96 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 SiF4, SiF3H, SiF2H2, 또는 SiFH3를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  98. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 제 1 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  99. 제 98 항에 있어서, 상기 제 2 물질은 제 2 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  100. 제 99 항에 있어서, 상기 제 2 준안정적 화학종의 수명은 상기 제 1 준안정적 화학종의 수명보다 짧은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  101. 제 79 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  102. 제 101 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 간헐적으로 주입되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  103. 제 101 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 증착 챔버로 주기적으로 펄스화되며, 이러한 주기적 펄스화는 온 사이클과 오프 사이클을 교대하는 것을 포함하고, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 온 사이클 동안 제 1 유량으로 전달되고, 상기 제 1 물질 스트림은 오프 사이클 동안 제 2 유량으로 전달되며, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량을 초과하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  104. 제 103 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 상기 오프 사이클 동안 주입되고, 온 사이클 동안 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  105. 제 103 항에 있어서, 상기 제 2 유량은 0인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  106. 제 79 항에 있어서, 중성 라디칼의 수밀도는, 제 1 주입 포인트 또는 제 2 주입 포인트의 인접부보다, 상기 기판의 인접부에서 더 높은 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  107. 제 106 항에 있어서, 상기 중성 라디칼은 SiH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  108. 제 79 항에 있어서, 상기 중성 라디칼은 플루오르화 라디칼을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  109. 박막 물질을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    증착 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 증착 챔버는 기판, 제 1 캐소드, 제 2 캐소드, 제 1 애노드, 제 1 전달 장치 및 제 2 전달 장치를 포함하고, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 1 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 배치되는 제 1 전달 포인트를 포함하고, 상기 제 2 전달 장치는 상기 제 2 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 배치되는 제 2 전달 포인트를 포함하는 특징의, 증착 챔버 제공 단계와,
    상기 제 1 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 제 1 전기장을 확립하는 단계와,
    상기 제 2 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 제 2 전기장을 확립하는 단계와,
    제 1 물질 스트림을 상기 제 1 전달 장치로 제공하고, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 1 물질 스트림을 상기 제 1 전기장으로 주입하며, 상기 제 1 전기장은 상기 제 1 물질 스트림으로부터 플라스마를 형성하는 단계와,
    제 2 물질 스트림을 상기 제 2 전달 장치로 제공하며, 상기 제 2 전달 장치는 상기 제 2 물질 스트림을 상기 제 2 전기장으로 주입하고, 상기 제 2 전기장은 상기 제 2 물질 스트림으로부터 플라스마를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  110. 제 109 항에 있어서, 상기 제 1 전기장과 상기 제 2 전기장은 공간적으로 적어도 부분적으로 겹치지 않는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  111. 제 109 항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판 상에 박막 물질을 형성하는 단계로서, 상기 박막 물질은 상기 제 1 물질 스트림과 상기 제 2 물질 스트림으로부터 유래된 원소를 포함하는 특징의, 상기 박막 물질 형성 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  112. 박막 물질을 형성하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    증착 챔버를 제공하는 단계로서, 상기 증착 챔버는 기판, 제 1 캐소드, 제 1 애노드, 제 1 전달 장치를 포함하고, 상기 제 1 전달 장치는 제 1 전달 포인트를 포함하는 특징의, 상기 증착 챔버 제공 단계와,
    상기 제 1 캐소드와 상기 제 1 애노드 사이에 전기장을 확립하는 단계와,
    상기 제 1 전달 장치로 제 1 물질 스트림을 제공하는 단계로서, 상기 제 1 전달 장치는 상기 제 1 물질 스트림을 상기 전기장으로 간헐적으로 주입하고, 상기 전기장은 플라스마를 형성하며, 상기 플라스마는 상기 제 1 물질 스트림으로부터의 화학종을 포함하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  113. 제 112 항에 있어서, 상기 기판은 상기 애노드 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  114. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 캐소드는 다공질 캐소드인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  115. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 노즐을 포함하고, 상기 노즐은 상기 제 1 전달 포인트에 위치하는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  116. 제 115 항에 있어서, 상기 구멍은 10㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  117. 제 115 항에 있어서, 상기 구멍은 1㎛ 이하의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  118. 제 115 항에 있어서, 상기 제 2 전달 포인트에서의 구멍은 0.1㎜ 내지 10㎜의 단면 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  119. 제 112 항에 있어서, 상기 전기장은 마이크로파 주파수, 라디오주파수, 극초고주파수, 또는 초고주파수로 발진하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  120. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  121. 제 120 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란, 디실란, 또는 게르만을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  122. 제 120 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 중성 라디칼 SiH3 또는 중성 라디칼 GeH3을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  123. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 불소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  124. 제 123 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 실란의 플루오르화 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  125. 제 124 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 SiF4, SiF3H, SiF2H2, 또는 SiFH3를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  126. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 제 1 준안정적 화학종을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  127. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 물질 스트림은 상기 증착 챔버로 주기적으로 펄스화되며, 이러한 주기적 펄스화는 온 사이클 및 오프 사이클을 교대하는 것을 포함하고, 상기 제 1 물질 스트림은 온 사이클 동안 제 1 유량으로 전달되고, 상기 제 1 물질 스트림은 오프 사이클 동안 제 2 유량으로 전달되며, 상기 제 1 유량은 상기 제 2 유량을 초과하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  128. 제 127 항에 있어서, 상기 제 2 물질 스트림은 상기 오프 사이클 동안 주입되고, 온 사이클 동안 주입되지 않는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  129. 제 127 항에 있어서, 상기 제 2 유량은 0인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  130. 제 112 항에 있어서, 상기 방법은
    배경 기체를 상기 증착 챔버로 도입시키는 단계로서, 상기 플라스마가 상기 배경 기체로부터 유래된 화학종을 더 포함하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  131. 제 130 항에 있어서, 상기 배경 기체는 아르곤, 네온, 헬륨, 제논, 크립톤, 수소 또는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  132. 제 112 항에 있어서, 상기 제 1 전달 장치는 원격 플라스마 공급원인 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
  133. 제 132 항에 있어서, 상기 전기장은 0 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 박막 물질을 형성하기 위한 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160008367A (ko) * 2014-07-14 2016-01-22 삼성전자주식회사 Rps에서의 플라즈마 생성방법, 및 그 플라즈마 생성방법을 포함한 반도체 소자 제조방법

Families Citing this family (100)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10283321B2 (en) 2011-01-18 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing system and methods using capacitively coupled plasma
US9064815B2 (en) 2011-03-14 2015-06-23 Applied Materials, Inc. Methods for etch of metal and metal-oxide films
US8999856B2 (en) 2011-03-14 2015-04-07 Applied Materials, Inc. Methods for etch of sin films
US20130034666A1 (en) * 2011-08-01 2013-02-07 Applied Materials, Inc. Inductive plasma sources for wafer processing and chamber cleaning
WO2013032406A1 (en) * 2011-09-01 2013-03-07 National University Of Singapore A system and a method for depositing a layer on a substrate
US9234276B2 (en) 2013-05-31 2016-01-12 Novellus Systems, Inc. Method to obtain SiC class of films of desired composition and film properties
US10211310B2 (en) 2012-06-12 2019-02-19 Novellus Systems, Inc. Remote plasma based deposition of SiOC class of films
US10325773B2 (en) 2012-06-12 2019-06-18 Novellus Systems, Inc. Conformal deposition of silicon carbide films
US10832904B2 (en) 2012-06-12 2020-11-10 Lam Research Corporation Remote plasma based deposition of oxygen doped silicon carbide films
US9267739B2 (en) 2012-07-18 2016-02-23 Applied Materials, Inc. Pedestal with multi-zone temperature control and multiple purge capabilities
US9373517B2 (en) 2012-08-02 2016-06-21 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing with DC assisted RF power for improved control
US9132436B2 (en) 2012-09-21 2015-09-15 Applied Materials, Inc. Chemical control features in wafer process equipment
US20140099794A1 (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Applied Materials, Inc. Radical chemistry modulation and control using multiple flow pathways
US10862073B2 (en) 2012-09-25 2020-12-08 The Trustees Of Princeton University Barrier film for electronic devices and substrates
US10256079B2 (en) 2013-02-08 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing systems having multiple plasma configurations
US9362130B2 (en) 2013-03-01 2016-06-07 Applied Materials, Inc. Enhanced etching processes using remote plasma sources
US20150042017A1 (en) * 2013-08-06 2015-02-12 Applied Materials, Inc. Three-dimensional (3d) processing and printing with plasma sources
US9371579B2 (en) 2013-10-24 2016-06-21 Lam Research Corporation Ground state hydrogen radical sources for chemical vapor deposition of silicon-carbon-containing films
US9299537B2 (en) 2014-03-20 2016-03-29 Applied Materials, Inc. Radial waveguide systems and methods for post-match control of microwaves
US9903020B2 (en) 2014-03-31 2018-02-27 Applied Materials, Inc. Generation of compact alumina passivation layers on aluminum plasma equipment components
US9309598B2 (en) 2014-05-28 2016-04-12 Applied Materials, Inc. Oxide and metal removal
US9613822B2 (en) 2014-09-25 2017-04-04 Applied Materials, Inc. Oxide etch selectivity enhancement
US9355922B2 (en) 2014-10-14 2016-05-31 Applied Materials, Inc. Systems and methods for internal surface conditioning in plasma processing equipment
US9966240B2 (en) 2014-10-14 2018-05-08 Applied Materials, Inc. Systems and methods for internal surface conditioning assessment in plasma processing equipment
US11637002B2 (en) 2014-11-26 2023-04-25 Applied Materials, Inc. Methods and systems to enhance process uniformity
US10573496B2 (en) 2014-12-09 2020-02-25 Applied Materials, Inc. Direct outlet toroidal plasma source
US10224210B2 (en) 2014-12-09 2019-03-05 Applied Materials, Inc. Plasma processing system with direct outlet toroidal plasma source
US11257693B2 (en) 2015-01-09 2022-02-22 Applied Materials, Inc. Methods and systems to improve pedestal temperature control
US9728437B2 (en) 2015-02-03 2017-08-08 Applied Materials, Inc. High temperature chuck for plasma processing systems
US20160225652A1 (en) 2015-02-03 2016-08-04 Applied Materials, Inc. Low temperature chuck for plasma processing systems
US9881805B2 (en) 2015-03-02 2018-01-30 Applied Materials, Inc. Silicon selective removal
US20160314964A1 (en) 2015-04-21 2016-10-27 Lam Research Corporation Gap fill using carbon-based films
US9741593B2 (en) 2015-08-06 2017-08-22 Applied Materials, Inc. Thermal management systems and methods for wafer processing systems
US9691645B2 (en) 2015-08-06 2017-06-27 Applied Materials, Inc. Bolted wafer chuck thermal management systems and methods for wafer processing systems
US9349605B1 (en) 2015-08-07 2016-05-24 Applied Materials, Inc. Oxide etch selectivity systems and methods
US10504700B2 (en) 2015-08-27 2019-12-10 Applied Materials, Inc. Plasma etching systems and methods with secondary plasma injection
US10504754B2 (en) 2016-05-19 2019-12-10 Applied Materials, Inc. Systems and methods for improved semiconductor etching and component protection
US10522371B2 (en) 2016-05-19 2019-12-31 Applied Materials, Inc. Systems and methods for improved semiconductor etching and component protection
US9865484B1 (en) 2016-06-29 2018-01-09 Applied Materials, Inc. Selective etch using material modification and RF pulsing
US10629473B2 (en) 2016-09-09 2020-04-21 Applied Materials, Inc. Footing removal for nitride spacer
US10062575B2 (en) 2016-09-09 2018-08-28 Applied Materials, Inc. Poly directional etch by oxidation
US10062585B2 (en) 2016-10-04 2018-08-28 Applied Materials, Inc. Oxygen compatible plasma source
US10546729B2 (en) 2016-10-04 2020-01-28 Applied Materials, Inc. Dual-channel showerhead with improved profile
US9934942B1 (en) 2016-10-04 2018-04-03 Applied Materials, Inc. Chamber with flow-through source
US10062579B2 (en) 2016-10-07 2018-08-28 Applied Materials, Inc. Selective SiN lateral recess
US9947549B1 (en) 2016-10-10 2018-04-17 Applied Materials, Inc. Cobalt-containing material removal
US9768034B1 (en) 2016-11-11 2017-09-19 Applied Materials, Inc. Removal methods for high aspect ratio structures
US10163696B2 (en) 2016-11-11 2018-12-25 Applied Materials, Inc. Selective cobalt removal for bottom up gapfill
US10242908B2 (en) 2016-11-14 2019-03-26 Applied Materials, Inc. Airgap formation with damage-free copper
US10026621B2 (en) 2016-11-14 2018-07-17 Applied Materials, Inc. SiN spacer profile patterning
US9837270B1 (en) 2016-12-16 2017-12-05 Lam Research Corporation Densification of silicon carbide film using remote plasma treatment
US10566206B2 (en) 2016-12-27 2020-02-18 Applied Materials, Inc. Systems and methods for anisotropic material breakthrough
US10431429B2 (en) 2017-02-03 2019-10-01 Applied Materials, Inc. Systems and methods for radial and azimuthal control of plasma uniformity
US10403507B2 (en) 2017-02-03 2019-09-03 Applied Materials, Inc. Shaped etch profile with oxidation
US10043684B1 (en) 2017-02-06 2018-08-07 Applied Materials, Inc. Self-limiting atomic thermal etching systems and methods
US10319739B2 (en) 2017-02-08 2019-06-11 Applied Materials, Inc. Accommodating imperfectly aligned memory holes
US10943834B2 (en) 2017-03-13 2021-03-09 Applied Materials, Inc. Replacement contact process
US10319649B2 (en) 2017-04-11 2019-06-11 Applied Materials, Inc. Optical emission spectroscopy (OES) for remote plasma monitoring
US11276590B2 (en) 2017-05-17 2022-03-15 Applied Materials, Inc. Multi-zone semiconductor substrate supports
US11276559B2 (en) 2017-05-17 2022-03-15 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chamber for multiple precursor flow
US10497579B2 (en) 2017-05-31 2019-12-03 Applied Materials, Inc. Water-free etching methods
US10049891B1 (en) 2017-05-31 2018-08-14 Applied Materials, Inc. Selective in situ cobalt residue removal
US10920320B2 (en) 2017-06-16 2021-02-16 Applied Materials, Inc. Plasma health determination in semiconductor substrate processing reactors
US10541246B2 (en) 2017-06-26 2020-01-21 Applied Materials, Inc. 3D flash memory cells which discourage cross-cell electrical tunneling
US10727080B2 (en) 2017-07-07 2020-07-28 Applied Materials, Inc. Tantalum-containing material removal
US10541184B2 (en) 2017-07-11 2020-01-21 Applied Materials, Inc. Optical emission spectroscopic techniques for monitoring etching
US10354889B2 (en) 2017-07-17 2019-07-16 Applied Materials, Inc. Non-halogen etching of silicon-containing materials
US10043674B1 (en) 2017-08-04 2018-08-07 Applied Materials, Inc. Germanium etching systems and methods
US10170336B1 (en) 2017-08-04 2019-01-01 Applied Materials, Inc. Methods for anisotropic control of selective silicon removal
US10297458B2 (en) 2017-08-07 2019-05-21 Applied Materials, Inc. Process window widening using coated parts in plasma etch processes
US10283324B1 (en) 2017-10-24 2019-05-07 Applied Materials, Inc. Oxygen treatment for nitride etching
US10128086B1 (en) 2017-10-24 2018-11-13 Applied Materials, Inc. Silicon pretreatment for nitride removal
US10256112B1 (en) 2017-12-08 2019-04-09 Applied Materials, Inc. Selective tungsten removal
US10903054B2 (en) 2017-12-19 2021-01-26 Applied Materials, Inc. Multi-zone gas distribution systems and methods
US11328909B2 (en) 2017-12-22 2022-05-10 Applied Materials, Inc. Chamber conditioning and removal processes
US10854426B2 (en) 2018-01-08 2020-12-01 Applied Materials, Inc. Metal recess for semiconductor structures
US10679870B2 (en) 2018-02-15 2020-06-09 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chamber multistage mixing apparatus
US10964512B2 (en) 2018-02-15 2021-03-30 Applied Materials, Inc. Semiconductor processing chamber multistage mixing apparatus and methods
TWI716818B (zh) 2018-02-28 2021-01-21 美商應用材料股份有限公司 形成氣隙的系統及方法
US10593560B2 (en) 2018-03-01 2020-03-17 Applied Materials, Inc. Magnetic induction plasma source for semiconductor processes and equipment
US10319600B1 (en) 2018-03-12 2019-06-11 Applied Materials, Inc. Thermal silicon etch
US10497573B2 (en) 2018-03-13 2019-12-03 Applied Materials, Inc. Selective atomic layer etching of semiconductor materials
US10573527B2 (en) 2018-04-06 2020-02-25 Applied Materials, Inc. Gas-phase selective etching systems and methods
US10490406B2 (en) 2018-04-10 2019-11-26 Appled Materials, Inc. Systems and methods for material breakthrough
US10699879B2 (en) 2018-04-17 2020-06-30 Applied Materials, Inc. Two piece electrode assembly with gap for plasma control
US10886137B2 (en) 2018-04-30 2021-01-05 Applied Materials, Inc. Selective nitride removal
US10872778B2 (en) 2018-07-06 2020-12-22 Applied Materials, Inc. Systems and methods utilizing solid-phase etchants
US10755941B2 (en) 2018-07-06 2020-08-25 Applied Materials, Inc. Self-limiting selective etching systems and methods
US10840087B2 (en) 2018-07-20 2020-11-17 Lam Research Corporation Remote plasma based deposition of boron nitride, boron carbide, and boron carbonitride films
US10672642B2 (en) 2018-07-24 2020-06-02 Applied Materials, Inc. Systems and methods for pedestal configuration
US10892198B2 (en) 2018-09-14 2021-01-12 Applied Materials, Inc. Systems and methods for improved performance in semiconductor processing
US11049755B2 (en) 2018-09-14 2021-06-29 Applied Materials, Inc. Semiconductor substrate supports with embedded RF shield
US11062887B2 (en) 2018-09-17 2021-07-13 Applied Materials, Inc. High temperature RF heater pedestals
US11417534B2 (en) 2018-09-21 2022-08-16 Applied Materials, Inc. Selective material removal
US11682560B2 (en) 2018-10-11 2023-06-20 Applied Materials, Inc. Systems and methods for hafnium-containing film removal
KR20220056249A (ko) 2018-10-19 2022-05-04 램 리써치 코포레이션 갭 충진 (gapfill) 을 위한 도핑되거나 도핑되지 않은 실리콘 카바이드 증착 및 원격 수소 플라즈마 노출
US11121002B2 (en) 2018-10-24 2021-09-14 Applied Materials, Inc. Systems and methods for etching metals and metal derivatives
US11437242B2 (en) 2018-11-27 2022-09-06 Applied Materials, Inc. Selective removal of silicon-containing materials
US11721527B2 (en) 2019-01-07 2023-08-08 Applied Materials, Inc. Processing chamber mixing systems
US10920319B2 (en) 2019-01-11 2021-02-16 Applied Materials, Inc. Ceramic showerheads with conductive electrodes

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1159012A (en) * 1980-05-02 1983-12-20 Seitaro Matsuo Plasma deposition apparatus
US4522663A (en) * 1980-09-09 1985-06-11 Sovonics Solar Systems Method for optimizing photoresponsive amorphous alloys and devices
US4521447A (en) * 1982-10-18 1985-06-04 Sovonics Solar Systems Method and apparatus for making layered amorphous semiconductor alloys using microwave energy
JPH07101751B2 (ja) * 1985-03-28 1995-11-01 キヤノン株式会社 光起電力素子の製造方法
JP2635021B2 (ja) * 1985-09-26 1997-07-30 宣夫 御子柴 堆積膜形成法及びこれに用いる装置
JPS63297565A (ja) * 1987-05-29 1988-12-05 Canon Inc 機能性堆積膜の形成方法及び装置
DE4029268C2 (de) * 1990-09-14 1995-07-06 Balzers Hochvakuum Verfahren zur gleichspannungs-bogenentladungs-unterstützten, reaktiven Behandlung von Gut und Vakuumbehandlungsanlage zur Durchführung
US5103284A (en) * 1991-02-08 1992-04-07 Energy Conversion Devices, Inc. Semiconductor with ordered clusters
TW293983B (ko) * 1993-12-17 1996-12-21 Tokyo Electron Co Ltd
US6365016B1 (en) * 1999-03-17 2002-04-02 General Electric Company Method and apparatus for arc plasma deposition with evaporation of reagents
SE521904C2 (sv) * 1999-11-26 2003-12-16 Ladislav Bardos Anordning för hybridplasmabehandling
DE10060002B4 (de) * 1999-12-07 2016-01-28 Komatsu Ltd. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
US7031600B2 (en) * 2003-04-07 2006-04-18 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for silicon oxide deposition on large area substrates
JP2004356623A (ja) * 2003-05-08 2004-12-16 Canon Inc 積層型光起電力素子及びその製造方法
US7264849B2 (en) * 2003-07-11 2007-09-04 Optisolar, Inc. Roll-vortex plasma chemical vapor deposition method
JP2005042176A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Shin Meiwa Ind Co Ltd 成膜装置および成膜方法
US7378129B2 (en) * 2003-08-18 2008-05-27 Micron Technology, Inc. Atomic layer deposition methods of forming conductive metal nitride comprising layers
KR101040939B1 (ko) * 2003-11-25 2011-06-16 주성엔지니어링(주) 균일한 박막 형성을 위한 고밀도 플라즈마 화학기상증착장비
US20060042752A1 (en) * 2004-08-30 2006-03-02 Rueger Neal R Plasma processing apparatuses and methods
JP5068458B2 (ja) * 2006-01-18 2012-11-07 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法
JP4873405B2 (ja) * 2006-03-24 2012-02-08 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置と方法
JP5232512B2 (ja) * 2008-03-26 2013-07-10 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160008367A (ko) * 2014-07-14 2016-01-22 삼성전자주식회사 Rps에서의 플라즈마 생성방법, 및 그 플라즈마 생성방법을 포함한 반도체 소자 제조방법

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