KR920008122B1 - 박막 형성 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

박막 형성 장치

제1도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제1실시예를 나타내는 개략도.

제2a도는 제1도의 제1실시예에 사용된 제1전극을 나타내는 사시도.

제2b∼d도는 제2a도의 제1전극의 또 다른 실시예를 나타내는 사시도.

제3도는 제1도에 나타낸 제1실시예의 수정을 나타내는 개략도.

제4도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제2실시예를 나타내는 개략도.

제5도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제3실시예를 나타내는 개략도.

제6도는 제5도의 제3실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에서 얻은 수소처리된 무정형 실리콘 박막의 특성 그래프.

제7a∼c도는 제5도의 제3 실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 사용되는 제1전극의 전위의 파형 그래프.

제8a도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제4실시예를 나타내는 개략도.

제8b도는 제8a도의 박막 형성 장치의 일부를 형성하는 인입 파이프의 종축을 포함하는 수평면을 따라 취한 개략 횡단면도.

제9a도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제5 실시예를 나타내는 개략도.

제9b도는 제9a도의 제5 실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 사용되는 방전 전극 소자들을 나타내는 개략 사시도.

제10도는 제9a도의 제5실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 사용되는 방전 전극 소자들의 전위 파형 그래프.

제11도는 제9a도의 제5실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 의해 형성되는 박막의 두께 분포를 나타내는 3차원 그래프.

제12도는 종래의 박막 형성 장치에 의해 형성된 박막의 두께 분포를 나타내는 3차원 그래프.

제13a 및 13b도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제6실시예를 나타내는 개략도로서, 제13a도는 제13b도의 수평 횡단면도이고, 제13b도는 제13a도의 수직 횡단면도.

제14도는 제13a 및 13b도의 제6실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 사용되는 방전 전극 소자들의 전위 파형 그래프.

제15도는 제13a 및 13b도의 제6실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 의해 형성되는 박막의 두께 분포 그래프.

제16도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제7실시예를 나타내는 개략도.

제17a 및 17b도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제8실시예를 나타내는 개략도로서, 제17a도는 제17b도의 수평 횡단면도이고, 제17b도는 제17a도의 수직 횡단면도.

제18도는 제17a 및 17b도의 제8실시예에 의해 조립된 박막 형성 장치에 의해 제조된 박막에 대한 박막 형성 속도를 나타내는 그래프.

제19도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제9실시예를 나타내는 개략도.

제20a 및 20b도는 본 발명에 의한 박막 형성 장치의 제10실시예를 나타내는 개략도로서, 제20a도는 제20b도의 수평 횡단면도이고, 제20b도는 제20a도의 수직 횡단면도.

본 발명은 기판상에 수소처리된 무정형 실리콘과 같은 반도체의 박막, 수소처리된 무정형 탄소와 같은 절연막등을 형성하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 화학기상증착(CVD) 법이 박막 형성을 위해 사용되는 박막 형성 장치에 관한 것이다.

기판상에 박막을 형성하기 위한 각종형의 CVD법으로서, 예를 들어 열분해 CVD법, 광협조CVD법 및 플라즈마 협조 CVD법이 알려져 있다.

열분해 CVD법에서, 원료물질가스(이후, 원료가스로 칭함)는 반응용기내에서 열분해 및 활성화되어 활성종을 분해 생성물로서 생성하며, 이 활성종들은 기판상에 증착되어 박막을 형성한다. 일반적으로, 이러한 형의 프로세스에서는 기판을 고온에서 가열하여 기판 표면 부근에서 원료가스의 분해를 발생시킨다. 이러한 이유 때문에 기판은 고온에서 견딜 수 있는 재료로 형성되야 한다. 즉,열분해 CVD법에서 사용될 수 있는 기판 재료는 가열에 의해 용융 또는 변형될 수 없는 재료로 제한된다. 또한 기판이 열분해 CVD법 진행중 오버히팅 즉, 지나치게 열을 받으면, 기판상의 박막 형성이 만족스럽지 못하게 된다. 왜냐하면 기판의 오버히팅으로 인해 증착된 화합물의 성분이 그로부터 방출되기 때문이다.

광활성화된 CVD법에서, 원료가스는 반응용기내에서 광에너지에 의해 분해 및 활성화되어 활성족을 분해 생성물로서 생성한다. 생성된 활성종은 기판상에 응착되어 박막을 형성한다. 즉, 원료가스가 그 가스에 의해 흡수되기 쉬운 자외선 대역내의 파장을 갖는 광으로 조사되면 활성종이 원료가스로부터 분해 및 생성된다. 일반적으로, 광조사용 광원으로서 저압수은증기램프, 중수소 방전관 및 ArF 엑시머 레이저장치가 사용될 수 있다. 저압수은증기램프와 중수소 방전관은 연속광을 방출하나 그의 광도가 작으므로 원료가스의 분해를 효율적으로 수행하기 어려워 결국 박막 성장 속도가 느리다. 다른 한편, ArF 엑시머 레이저는 1㎑이하의 펄스 주파수를 갖는 펄스광을 발생시키기 때문에 ArF 엑시머 레이저로부터 연속광을 얻는 것이 불가능하다. 이는 생성된 활성종의 수명이 펄스 주파수의 1사이클 시간보다 더 짧음을 뜻하며, 결국 증착된 박막의 특성이 좋지 않다. 그밖에도 광협조 CVDD법을 진행하는 동안 광은 유리창을 통해 반응용기내로 도입되므로 결국 원료가스의 분해가 유리창 부근에서 발생하기 쉽고 그에 의해 생성된 활성종은 유리창상에 증착될 수 있으므로 결국 좀더 많은 활성종이 유리창상에 증착되어 유리창을 통한 광투입이 방해된다.

플라즈마 협조 CVD법에서, 원료가스는 직류(DC)방전, 무선 주파수(RF)방전 및 마이크로 웨이브 방전중 어느 하나를 사용하여 반응용기내에 발생된 플라즈마 구역내로 도입된다. 도입된 원료가스는 플라즈마구역내의 전자 및 이온과 충돌하도록 되어 있어 원료가스가 분리되어 기판상에 증착되는 활성종을 생성하므로 박막이 형성된다.

DC 방전이 플라즈마 협조 CVD법에서 사용될 때, 우수한 박막 도체의 형성은 박막 도체를 형성하는 동안 안정된 DC 방전이 쉽게 유지될 수 있기 때문에 쉽게 수행될 수 있으나 DC 방전이 안정되게 유지될 수 없기 때문에 우수한 박막 반도체 또는 절연막의 형성을 수행하는 것이불가능하다. 즉, 반도체 또는 절연막의 형성을 위한 활성종은 기판상에 뿐만 아니라 전극상에 증착되므로 결국 전기 저항성분이 전극들간에서 점진적으로 증가된다. 그에 따라 DC 방전 플라즈마 협조 CVD법은 박막 반도체 또는 절연막의 형성용으로 사용될 수 없다.

RF 방전은 박막 도체막과 박막 반도체 또는 절연막을 형성하도록 플라즈마 CVD법내에서 이용될 수 있다.

RF 방전 플라즈마 협조 CVD법은 RF 방전을 행하는 출발전압이 비교적 낮고 또한 안정 플라즈마가 광역에 걸쳐 쉽게 얻어질 수 있기 때문에 산업분야에서 가장 널리 사용되고 있다. 그럼에도 불구하고, RF 방전에 의해 발생되는 플라즈마의 밀도가 낮기 때문에(10⁸∼10¹⁰cm^-3), 박막의 성장속도가 낮고 또한 원료가스가 효율적으로 소비될 수 없다.

RF 방전 플라즈마 협조 CVD법은 주로 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H) 박막과 같은 무정형 박막 반도체를 형성하기 위해 사용되며, 일반적으로, 무정형 반도체의 형성은 반응용기내의 압력(원료가스의 압력0이 0.1∼10torr 범위내에 유지되도록 하여 수행된다.

무정형 박막 반도체의 형성이 약 0.3∼10torr의 고압범위내에서 수행될 때, 박막의 성장 속도가 비교적 높으나 무정형 박막 반도체가 손상될 수 있다. 특히, 0.3∼10torr의 고압 범위하에서, 원료가스로부터 분리되는 활성종은 서로간에 그리고 원료가스 분자와 충돌하여 반응용기내에 고분자 화합물이 미분말로서 생성된다. 예를들어, 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H) 박막의 형성이 0.3∼10torr의 고압 범위내에서 수행될 때, SiH₄, Si₂H₆등과 같은 원료가스로부터 유도되는 고분자 분말 Si_nH_m(n,m=자연수)이 생성되며, 이 고분자 분말들은 기판상에 활성종과 함께 증착되므로 결국 수소처리된 무정형 실리콘 박막내에 결함이 생긴다. 고분자 분말은 또한 방전전극과 반응용기의 내벽면상에 증착될 수 있기 때문에, 반응용기는 고분자 분말들을 제거하기 위해 형성공정 후마다 청소해야 한다. 또한, CVD 반응용기가 발브의 매개물을 통해 또 다른 반응용기와 유통하도록 하여 기판을 한 반응용기로부터 다른 반응용기로 이동되도록 할 때 고분자 분말이 발브상에 증착하게 되어 결국 발브는 정상으로 동작할 수 없다.

다른 한편, 무정형 박막 반도체의 형성이 약0.1∼0.3torr의 저압 범위내에서 수행될 때 활성종과 원료가스 분자들간의 충돌 가능성이 원료가스의 저압으로 인해 상당히 낮아지기 때문에 고분자 분말의 생성을 방지하는 것이 가능하다. 그에 의해 우수한 무정형 박막 반도체의 형성이 결함없이 수행될 수 있다. 그러나 이는 박막의 성장 속도가 아주 느리므로 원료가스가 효율적으로 소비될 수 없음을 뜻한다.

마이크로 웨이브 방전은 또한 박막 도체와 박막 반도체 또는 절연막을 형성하도록 플라즈마 협조 CVD법에서 사용될 수 있다. 일반적으로, 마이크로 웨이브 방전 플라즈마 협조 CVD법은 도파관을 통해 반응용기내로 마이크로 웨이브를 도입함으로서 수행된다. 이는 왜냐하면 마이크로 웨이프를 발생시키기 위한 안테나를 반응용기내에 배치한 할지라도 방전 플라즈마는 안테나 부근의 국부지역에서만 얻어질 수 있기 때문이다. 마이크로 웨이브 방전은 자계(전자 사이클로트론 공진(ECR))을 이용함으로서 10^-4torr의 극저압하에서 조차 안정되게 유지될 수 있어, 결국 원료가스 분자와 전자간의 충돌 가능성이 상당히 향상되므로 그에 의해 박막 성장속도가 증가될 뿐만 아니라 원료가스가 효과적으로 소모될 수 있다. 그러나 마이크로 웨이브 방전 플라즈마 헙조 CVD법에서 플라즈마 구역의 횡단면적이 마이크로 웨이브의 강한 지향성으로 인해 도파관의 것으로 제한되기 때문에 넓은 플라즈마 구역을 얻기가 불가능하다. 반응용기내의 공동 공진기를 결합 설치함으로서 플라즈마 구역이 공동 공진기의 내부 공간으로 확대될 수 있으나, 공동 공진기의 사이즈는 사용되는 마이크로 웨이브의 주파수에 의해 제한된다. 이러한 이유 때문에, 마이크로 웨이브 방전 플라즈마 협조 CVD법은 대규모 기판상에 박막을 형성하기 위해 이용될 수 없다. 그밖에, 일반적으로, RF 방전 플라즈마 협조 CVD법에 의해 형성되는 박막의 특성은 마이크로 웨이브 방전 플라즈마 협조 CVD법에 의해 얻어진 박막의 것보다 불량하다.

그러므로, 본 발명의 목적은 박막의 성장속도가 증가될 뿐만 아니라 원료가스가 저압의 원료가스하에서 효과적으로 소모될 수 있는 무선 주파수 방전 플라즈마를 사용함으로서 기판상에 박막을 형성하기 위한 장치를 제공하는데 있다.

그러므로, 본 발명에 의하면, 반응용기와 상기 반응용기내에 대향 배치되어 제2전극으로 개방된 빈공간을 포함하는 제1전극 및 제2전극과, 그리고 원료가스를 제1전극의 빈공간을 통해 반응용기내로 도입하기 위한 도입 수단을 포함하는 기판상에 박막을 형성하기 위한 장치가 제공된다. 본 발명에 의한 박막 형성 장치는 또한 원료가스를 분리시키기 위해 방전 플라즈마 지역을 제공하도록 제1 및 제2 전극간에 무선 주파수 전압을 걸어주기 위한 무선 주파수 전원을 포함하되, 제1전극이 방전 전극으로서 역할하고 또한 제2전극이 접지 되도록 배치된 회로를 포함한다. 그 회로는 또한 음측을 향해 제1전극의 전위를 바이어스 시키기 위한 바이어싱 수단을 더 포함하므로서 그에 의해 고밀도 플라즈마는 제1전극의 빈공간내에 제공된다.

본 발명에서, 바이어싱 수단은 회로내에 결합된 저지 캐패시터를 포함한다. 이 경우에, 제1전극은 그의 방전 영역에 대향하는 제2전극의 영역보다 작거나 동일한 방전 영역을 갖는 것이 좋다. 이러한 조건하에서, 제1전극을 제1 및 제2전극간의 방전시초에 발생되는 전자의 일부를 포획하므로 제1전극이 전자에 의해 포화될 때까지 제1전극은 그의 전위를 음쪽으로 자기 바이어스 시킬 수 있다.

다른 한편, 바이어싱 수단은 회로내에 결합되는 직류 전압원을 포함할 수도 있다. 이 경우에, 제1전극의 전위의 음쪽으로 강제로 바이어스 된다.

본 발명의 기타 목적 및 장점들을 좀더 구체적으로 이해하기 위해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도를 참조하면, 참조번호 10으로 나타낸 박막 형성 장치는 입구 포트 14와 출구 포트 16을 갖는 반응용기 12를 포함한다. 입구 포트 14는 인입 파이프 18의 일단에 연결되며, 그의 타단은 적당한 원료가스원(도시안됨)에 연결되며, 출구 포트 16은 로타리 펌프 또는 기계적 승압 펌프와 같은 적당한 진공 펌프(도시안됨)에 연결된다.

박막 형성 장치 10은 또한 방전 구역을 한정하도록 반응용기 12내에 대향하여 제공되는 제1 및 제2전극 20 및 22를 포함하며, 제1 및 제2 전극 20 및 22는 스테인렌스 스틸과 같은 적당한 도전재로 형성된다.

이 실시예에서 제1전극 20은 제2a도에 나타낸 바와 같이 구성된다. 즉, 제1전극 20은 그의 세로축을 따라 평탄부분 20a로부터 일체로 돌출되는 사각형 평탄부분 20a와 직립부분 20b를 포함한다. 직립부분 20b는 사각형 빈공간 20c를 갖고 있으며, 이는 평탄부분 20a에서 연장되어 있고 또한 그의 방전 표면에서 개방되어 있다. 제1 및 2a도로부터 볼 수 있는 바와 같이, 직립부분 20b는 서로 정렬된 헤드에 형성된 다수의 개방구멍 20e를 갖고 있다. 제1전극 20은 반응용기 12의 상부벽으로부터 현수되어 있다. 특히, 직립부분 20b의 헤드는 반응용기 12의 상부벽을 통해 돌출되어 있고 또한 절연막 23의 매개물을 통해 반응용기 12의 상부벽에 부착되어 있고, 입구 포트 14를 한정하는 헤더 요소 14a는 직립부분 20b의 헤드상부에 장치되어 있어 입구 포트14는 개방구멍 20e를 통해 빈공간 20c와 유통하도록 되어 있다. 헤더요소 14a는 직립부분 20b와 동연으로 되어 있어 모든 개방구멍 20e는 입구 포트 14로 개방되어 있게 되고 또한 헤더요소 14a는 적당한 도전체로 형성되므로 헤더요소 14a와 제1전극 20의 직립부분 20b간에 전기적인 연결을 설정한다. 제1전극 20은 반응용기 12의 상부 내벽으로부터 현수된 차폐판 24에 의해 덮혀 있다. 제1전극 20은 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통하여 제1도에서와 같이 접지된 무선 주파수 전원 26에 연결된다.

또한 제2전극 22는 사각형 평탄부분 22a와 이로부터 일체로 하향 돌출된 연장부분 22b를 포함한다. 제2전극 22는 반응용기 12의 하부 내벽상에 장치되며 제1도에 나타낸 바와 같이 접지 된다. 기판 S는 예정된 위치에서 평탄부분 22a상에 놓고 적당한 전기히터 25로 가열된다. 제2전극 22의 평탄부분 22a는 이후 언급되는 이유 때문에 제1전극 20의 평탄부분 20a보다 더 넓은 것이 좋다.

이 동작에서, 우선 공기는 반응용기 12내의 압력이 10^-3torr보다 낮아질때까지 진공 펌프에 의해 출구 포트 16을 통해 반응용기 12로부터 유도된 다음, 그내의 압력이 약 0.01로부터 약 0.3torr의 예정 레벨에서 유지되도록 입구 포트 14, 개방 구멍 20e 및 빈공간 20c를 통해 반응용기 12내로 계속하여 원료가스가 도입되는 동안 전기히터 25에 의해 예정된 온도로 기판 S를 가열한다. 진공펌프는 연속적으로 구동된다.

예정된 RF 전압이 제1 및 제2 전극 20과 22간에 RF 전원 26에 의해 걸려서 그들간에 RF 방전이 될 때, RF 방전에 의해 발생되는 전자는 원료가스 분자와 충돌하게 되어 결국 플라즈마 구역이 제1 및 제2 전극들 20과 22간에 형성된다. RF 방전 시초에 제1 전극 20의 근처에서 진동되는 전자들은 저지 캐패시터 30의 존재로 인해 제1전극 20에 의해 포획되므로 결국 제1전극의 전위는 응쪽을 향해 자기 바이어스 된다. 만일 제2전극 22의 평탄부분 22a가 제1전극 20의 평탄부분 20a보다 더 넓을 경우, 즉, 만일 평탄부분 20a의 대향된 영역이 평탄부분 22a의 것보다 작을 경우, 제1전극 20에 의한 전자들의 포획이 용이해진다.

제1전극 20이 포획된 전자들로 포화될 때, 제1 및 제2 전극 20 및 22는 그들간에 마치 직류전압이 걸린 것처럼 음극과 양극으로서 작용하므로 결국 빈공간 20c내에 존재하는 전자들은 빈공간 벽으로부터 전자를 수신하는 전기 반발작용에 의해 신속히 진동하게 된다. 즉, 빈공간 20c 내의 원료가스 분자와 전자간의 충돌 가능성이 상당히 향상되므로 결국 제1도에서 폐쇄된 간격 라인들에 의해 도시된 바와같은 빈공간 20c 근처에 있는 방전구역의 중심 부분내에서 고밀도 플라즈마가 발생되게 된다.

결과적으로, 원료가스는 고밀도 플라즈마 속으로 직접 도입되면 종래의 RF 방전 플라즈마 협조 CVD 법에 비해 원료가스로부터 더욱 효율적으로 활성종이 분리되므로서 그에 의해 기판 S상의 박막의 성장속도가 증가될 수 있을 뿐만 아니라 원료 가스가 효율적으로 소비될 수 있다. 이 경우에 물론, 원료가스로부터 유도되는 고분자 분말의 생성이 방지될 수 있다. 왜냐하면 비록 플라즈마의 밀도(전자)가 증가될지라도, 원료 가스의 압력은 저레벨(0.01∼0.3 torr)에 유지된다. 또한 저밀도 플라즈마는 제1도에서 넓혀진 간격 라인들로 나타낸 바와 같이 방전구역의 나머지 부분들내에서 발생된다. 물론, 원료가스의 분리는 또한 저밀도 플라즈마내에서 수행될 수도 있다. 개방구멍들 20e 내에는 그의 사이즈(약2mm)가 작기 때문에 방전(플라즈마)이 발생되지 않는다.

제2b,c도 및 2d도는 제1도에 나타낸 바와 같이 박막 형성장치 10내에서 사용될 수 있는 제1전극 20의 수정을 나타낸다.

제2b도에서, 전극 32는 다수의 구멍들 32b를 갖는 사각형 판요소 32a와 구멍들 32b의 위치들에서 판요소 32a에 부착된 슬리브 요소들 32c를 포함한다. 원료가스는 각각의 구멍들 32b를 통해 슬리프 요소들 32c의 빈공간들내로 도입된다.

제2c도에서, 전극 34는 그의 중심에 형성된 구멍을 갖는 디스크요소 34a의 중심에 디스크요소 34a에 부착되며 또한 빈공간 또는 구멍 34c를 갖고 있는 원통형요소 34b를 포함한다. 구멍 34c는 디스크요소 34a에서 연장되어 있으며 또한 그의 중심에서 개방된다. 구멍 34d는 원통형요소 34b의 상부에 형성되며 또한 원료가스는 구멍 34d를 통해 구멍 34속으로 도입된다.

제2d도에서, 전극 36은 디스크요소 36a, 디스크요소 36a와 정반대로 부착된 일반적인 장방향 매쉬요소 36b 및 사이에 매쉬요소 36b가 배치되는 분기 파이프부 36c₁및 36c₂를 갖는 포크형 파이프요소 36c를 포함한다. 매쉬요소 36b는 스테인레스 스틸 매쉬와 같은 적당한 도전 매쉬 재료로 형성되는 한쌍의 넓은 측벽 36b₁, 36b₂및 한쌍의 좁은 측벽들 36b₃, 36b₄를 포함한다. 파이프부 36c₁과 36c₂는 대응하는 넓은 측벽36b₁, 36b₂에 배향되는 개방구멍(도시안됨)을 갖고 있다. 원료가스는 두 분기된 파이프부 36c₁과 36c₂의 구멍들로부터 방출된 다음 방출가스는 넓은 측벽들 36b₁과 36b₂를 통해 측벽들 36b₁,36b₂,36b₃및 36b₄에 의해 한정된 공간으로 도입된다. 그에 따라, 고밀도 플라즈마는 빈공간 20c 내에서와 동일한 방식으로 측벽들 36b₁∼36b₄에 의해 한정된 공간내에서 얻어질 수 있다.

제3도는 제1도에 나타낸 바와 같이 박막 형성장치 10의 변형을 나타낸다. 제3도에서 제1의 것들과 동일한 것을 동일번호로 나타낸다. 변형된 장치는 DC 전원 30°를 음쪽으로 제1전극 20의 전위를 바이어스 시키기 위한 저지 캐패시터 30 대신 사용한 것을 제외하고 제1도에서와 동일하다.

제4도는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 것으로 이는, 제1도에 보인 바와 같은 박막 형성장치 10가 동일하다. 제4도에서, 제1도의 것과 동일한 것은 동일번호로 나타낸다. 제4도의 제2실시예에서, 제1전극 20의 직립부분 20b 내에 빈공간 20c를 형성하는 대신 제1전극 20은 스테인레스 스틸 메쉬로 형성되어 평탄부분 20a에 부착되어 현수된 원통형 메쉬요소 20f를 포함한다. 직립부분 20b는 제1도에서와 동일한 방식으로 반응용기 12의 상부벽에 부착되며 또한 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다. 원료가스를 공급하기 위한 인입 파이프 18은 반응용기 12의 측벽을 통해 연장되며 또한 원통형 메쉬요소 20f를 둘러싸는 환형 파이프 18a에 연결된다. 환형 파이프 18a는 원료가스가 수평에 대해 35°의 각도를 한정하도록 구멍으로부터 하향으로 방출되도록 그의 내부 외벽 부분내에 형성되는 다수의 개방구멍(도시안됨)들을 갖고 있다. 방출된 원료가스가 메쉬벽을 통해 원통형 메쉬요소 20f의 내부 공간내로 도입된다. 그에 따라, 제4도에서 폐쇄된 간격 라인들에 의해 나타낸 바와 같은 고밀도 플라즈마는 빈공간 20c에서와 동일한 방식으로 원통형 메쉬요소 20f의 공간내에서 얻을 수 있다. 다른 한편 저밀도 플라즈마는 제4도의 넓은 간격의 선들로 나타낸 바와 같이 원통형 메쉬요소 20f의 외부 구석내에서 발생된다.

적합한 기판상에 수소처리된 무정형(a-Si : H)박막을 실제적으로 형성하기 위해, 제4도의 제2실시예에 대응하는 박막 형성장치가 조립된다.

그 조립된 장치는 다음과 같은 특징을 갖고 있었다.

사실상의 박막형성은 다음과 같은 조건하에서 수행 되었다.

박막의 성장 속도는 8.7Å/s이었고 또한 원료가스 소비율은 18% 이었음이 관측되었다. 또한 완성된 수소 처리된 무정형 실리콘(a-Si : H) 박막은 어둠속에서 3.7x10⁷Ω의 저항성분을 나타냈으며 또한 백색램프(1mW/㎠)의 조사하에서 2.0x10⁴Ω·cm의 저항성분을 나타냈다. 또한, 고분자 분말(Si_nHm)은 그동안 발생되지 않았다.

또 다른 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H)박막의 형성은 상기 장치에서 원통형 메쉬요소를 생략한 것을 제외하고 동일 조건하에서 수행되었다. 이 장치는 종래의 RF 방전 플라즈마 협조 CVD 장치에 해당한다. 박막의 성장속도는 13Å/s이었고 또한 원료가스 소비율은 약3% 이었음이 밝혀졌다.

상술한 결과의 비교에 의하면 박막의 성장 속도뿐만 아니라 원료가스 소비율은 본 발명에 의해 상당히 개선됐음이 밝혀졌다.

제5도는 본 발명의 제3실시예를 나타내는 것으로 이는 제1도에 나타낸 박막 형성장치 10과 근본적으로 동일하다. 제5도에서, 제1도의 것과 동일한 것은 동일한 번호로 나타내며 제1도의 것과 대응하는 것들은 프라임을 붙인 참조번호로 나타낸다. 제3실시예는 비교적 긴 기판 S상에 박막을 형성하도록 채택된다.

제3실시예에서, 반응용기 12는 원통형으로 구성되며 또한 제5도내의 가상선으로 나타낸다. 제1 및 제2 전극들 20과 22는 수직으로 대향시켜 배치되며 또한 반응용기 12에 의해 적당히 지지된다. 평탄부분 20a로부터 돌출되는 부분 20b는 새로축을 따라 수직으로 현수되는 빈공간 20c를 갖는다. 빈공간 20c 이외에, 돌출된 부분 20b는 또한 빈공간 20c와 수직으로 공동 연장되는 장실 14'를 갖고 있으며 또한 장실 14'와 빈공간 20c간에 형성되는 구멍들 20e를 통해 빈공간 20c와 유통한다. 원료가스를 공급기 위한 인입 파이프 18은 반응용기 12의 원통형 측벽부분을 통해 연장되며 또한 인입 파이프 18이 장실 14'와 유통되는 식으로 제1 전극 20의 돌출부분 20b에 연결된다. 또한 인입 파이프 18은 적합한 도전체로 형성되며 또한 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다. 출구 파이프 16'는 반응용기와 유통하도록 반응용기 12의 원통형 측벽에 연결되며 또한 출구 파이프의 외부 단부는 진공펌프(도시안됨)에 연결된다. 인입 파이프 18에 의해 공급되는 원료가스는 일단 장실로 도입된 다음 구멍 20e로부터 빈공간 20c로 방출된다. 따라서, 고밀도 플라즈마는 제1도의 제1 실시예에서와 동일한 방식으로 빈공간 20c에서 얻어질 수 있다.

또한, 제5도의 제3실시예에 대응하는 박막 형성장치를 실제적으로 조립하여 적당한 기판상에 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H)의 형성을 수행했다.

조립된 장치는 다음과 같은 특징을 갖고 있었다.

조립된 장치에서, 제1전극은 제1 및 제2 전극들 간에서만 방전이 발생되도록 그의 방전표면을 제외하고 쉴드로 피복된다.

실제의 박막형성은 다음 조건하에서 수행되었다.

박막의 성장속도는 25.5Å/s 임이 관측되었다. 또한 완성된 수소처리된 무정형 실리콘 박막(a-Si : H)은 어둠속에서 6.9x10¹⁰Ω·cm의 저항성분을 나타냈으며 또한 백색램프(1mW/㎠)의 조사하에서 8.6x10⁶Ω·cm의 저항성분을 나타냈다. 또한 공정을 진행하는 동안 고분자분말(Si_nH_m)은 발생하지 않았다.

또다른 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H)박막의 형성을 빈공간을 갖는 방전전극 대신에, 빈공간이 없는 방전전극을 사용한 것을 제외하고 동일한 조건하에서 수행되었다. 이장치는 종래의 RF 방전 플라즈마 협조 CVD 장치에 대응한다. 박막의 성장속도는 13.8Å/s이었음이 관측되었다. 또한 완성된 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H)박막은 어둠속에서 3.0x10¹⁰Ω·cm의 저항성분을 나타냈으며 또한 백색램프(1mV/㎠)의 조사하에서 3.2x10⁶Ω·cm의 저항성분을 나타냈다. 또한 공정 진행도중 고분자분말(Si_nH_m)은 발생하지 않았다.

상기 결과로부터 명백한 바와 같이, 박막의 성장속도는 본 발명에 의해 상당히 개선되었다.

또한 본 발명에 의해 얻은 a-Si : H를 후리에르변환 적외선 분광계를 사용하여 수소 함량과 실리콘-수소 결합수에 대해 평가했다. 그 결과는 제6도에 나타낸다. 여기서, 그 특성은 Si-H의 스트레칭 모드 진동(Streacching mode vibration)으로부터 유도되는 흡수 스팩트럼을 나타낸다. 제6도의 특성으로부터, 수소 함량은 8.7at% 이었고 또한 얻어진 a-Si : H 박막은 Si-H_m(m＂

2)을 포함했음이 밝혀졌다. 그러나, a-Si : H 박막의 광도전율을 저하시키는 Si-H₃과(-SiH₂-)_n의 양은 아주 작음이 밝혀졌다.

더욱이, 제3실시예(제5도)에 의한 박막 형성장치에서, 플라즈마의 안정성과 방전전극의 전위간의 상호 관계를 방전가스로서 사용되었던 모노실란 SiH₄, 디실란 Si₂H₆, 아르곤Ar, 헬륨He, 수소H₂및 그의 혼합물 각각에 대해 조사했다. 결과적으로, 방전가스의 압력범위, RF 전원의 파워범위 및 발생된 플라즈마의 안정화를 위한 방전가스의 유속범위는 사용된 방전가스의 종류에 따라 변화되나 일반적으로 다음과 같은 고찰이 얻어진다.

1) 밝은 플라즈마가 빈공간위에서 안정되게 발생될 때, 방전전극의 전위는 제7a 및 7b도에 나타낸 바와 같이 변화된다. 이 파형들은 RF 전원의 오리지날 파형에 해당한다.

2) 밝은 플라즈마가 빈공간내에서 부분적으로 발생될 때, 즉, 발생된 플라즈마가 어두운 영역을 포함할 때 방전전극의 전위는 제7c도에 나타낸 바와 같이 변화된다. 제7c도의 이 파형은 RF 전원의 오리지날 파형에 비해 약간의 장애를 받는다.

3) 발생된 플라즈마의 어두운 영역이 비교적 장기간동안 교대로 넓게 그리고 좁게 변화될 때 제7b도의 파형은 어두운 영역의 교대변화에 응답하여 상향과 하향으로 이동된다.

4) 비록 플라즈마가 불안정하게 발생된다 할지라도, 제7c도에 나타낸 바와 같은 파형의 장애는 방전의 필요조건에 따라 나타나지 않는다.

위에 보인 결과로부터, 방전전극의 전위가 음쪽으로 강하에 바이어스될 때, 플라즈마의 발생은 불안정해지는 것을 이해할 수 있다. 그에 따라 박막을 형성하는 동안 제7a 및 7b도에 나타낸 바와 같이 방전전극의 전위를 유지시켜야 한다.

제8a 및 8b도는 제1도에 보인 바와 같은 박막 형성장치 10과 근본적으로 비슷한 본 발명의 제4실시예를 나타낸다. 제8a 및 8b도에서, 제1도의 것과 동일한 것은 동일번호로 나타내고 제1도의 것과 대응하는 것에는 프라임을 붙여 나타낸다. 제4실시예는 전자사진 분야에서 사용된 광수용기 드럼을 제조하는데 적합하다.

제4실시예에서, 반응용기 12는 원통형 형상으로 구성되며 또한 제8a도내에 가상선으로 나타낸다. 제1전극 20은 원통형 반응용기 12내에 동심적으로 배치된다. 제8a 및 8b도에 나타낸 바와 같이, 전극20은 내부 환형실로서 2중벽 구성을 갖고 있다. 즉, 전극 12는 외부 원통형벽 부분 208a, 내부 원통형벽부분 208b 및 2환형 단부벽 부분 208c를 포함한다. 그에 의해 내부 환형실이 한정된다. 내부 원통형 벽부분 208b는 서로 정반대로 대향하여 형성된 2빈공간 또는 장홈 208d를 갖고 있으며, 이들은 그의 모면(generatrix)을 따라 연장된다. 각각의 홈 208d는 제8b도에 나타낸 바와 같이 각 홈의 일부를 한정하고 또한 다수의 개방구멍 208e를 형성하는 하부벽부를 갖고 있다. 이 개방구멍 208e는 각 홈 208d의 종축을 따라 서로 정렬된다.

제4실시예에서, 원료가스를 공급하기 위한 인입 파이프 18은 반응용기 12의 원통형 측벽부분을 통해 연장되며 또한 인입 파이프 18이 제1전극 20의 내부 환형실과 유통하는 식으로 제1전극 20의 외부 원통형 측벽부분 208a에 연결된다. 또한, 인입 파이프 18은 적합한 도전채로 형성되며 또한 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다. 출구 파이프 16'는 반응용기 12와 유통되도록 반응용기 12의 원통형 측벽부분에 연결되며 또한 출구 파이프의 외부단부는 진공펌프(도시안됨)에 연결된다.

제4실시예에서, 기판 자체는 접지된 전극으로서 작용한다. 예를 들어, 기판은 원통형 방전전극 20내에 동심적으로 배치되며, 또한 그의 종축 주위에서 회전될 수 있는 알미늄 드럼 블랭크(drum blank) D를 포함한다. 특히, 적합한 전기모터 38은 모터 38의 출력축 38a가 그의 세로축을 따라 반응용기 12의 바닥을 통해 연장되도록 반응용기 12밑에 배치되며 또한 모터 38의 출력축 38a는 드럼 블랭크 D용 슬리브형 장구 40을 구비하고 있으며, 장구 40의 직경은 드럼 블랭크 D의 것과 동일하다. 장구 40은 드럼 블랭크 D가 클램프 부재 42에 의해 장구 40상에 고정되도록 슬리브형 클램프 부재 42와 협동하도록 채택되며, 클램프 부채 42의 직경은 드럼 블랭크 D의 것과 동일하다. 장구 40과 클램프 부재 42는 적합한 도전체로 형성되므로 40과 42는 접지전극의 일부를 형성한다. 제8a도에 나타낸 바와 같이, 장구 40, 드럼 블랭크 D 및 클램프 42는 모터 38의 시프트 38a를 통해 접지된다. 또한 각각의 장구 40과 클램프 부재 42는 드럼 블랭크 D로부터 연장되는 원통형 표면부분을 형성하며, 그에 의해 우수한 박막이 드럼 블랭크 D의 단부쪽상에 형성될 수 있다. 기판 또는 드럼 블랭크 D를 가열하기 위한 히터 25는 드럼 블랭크 D를 통해 연장되는 나선 저항소자를 포함한다.

음쪽을 향해 방전전극 20의 전위를 바이어스 시키도록, 제1전극 20의 방전 영역 즉, 내부 원통형 벽부분 208b의 주변영역은 드럼 블랭크 D(장구 40과 클램프 21을 포함하는)의 주변 영역보다 더 커야 한다. 따라서, 제4실시예에서, 한쌍의 중형 차폐판 요소 44는 제1전극 20의 내부 원통형 벽부분 208b의 주변 영역에 부분적으로 적용되며, 각 차폐요소들 44는 접지 된다. 제8a도 및 8b도에 나타낸 바와 같이, 차폐판 요소 44는 내벽 표면에 근접되도록 방전전극 20내에 정반대로 배치된다. 그에 의해 방전영역은 방전전극 20의 전위가 음쪽을 향해 바이어스 되도록 제한될 수 있다.

동작시에, 인입 파이프 18에 의해 공급되는 원료가스는 일단 제1전극 20의 내부 환형실내로 도입된 다음 구멍 208e로부터 빈공간 208d로 방출된다.

따라서, 고밀도 플라즈마가 제1도의 제1실시예에서와 동일한 방식으로 빈공간 208d에서 얻어질 수 있다. 동작하는 동안 드럼 블랭크 D는 모터 38에 의해 회전되며, 그에 의해 감광막과 같은 박막은 드럼 블랭크 D상에 균일하게 형성될 수 있다.

또한 제8a도 및 8b도의 제4실시예에 대응하는 박막 형성 장치를 실제적으로 조립하여 알미늄 드럼 블랭크상에 B(붕소)가 도우프된 a-Si : H 박막을 형성을 수행했다.

조립된 장치는 다음과 같은 특징을 갖고 있었다.

조립된 장치에서, 방전전극(20)은 규칙적인 간격으로 배치되는 4빈공간(208d)을 갖고 있으며, 4차폐판(44)은 4빈공간들(208d)간에 배치되며, 또한 외부표면과 환형 단부면들은 스테인레스 차폐판으로 커버되어 있다.

실제적으로 박막형성을 다음 조건하에서 수행했다.

원료가스로서, 헬륨가스로 희석된 디보란(B₂H₆)가스가 첨가된 디실란(Si₂H₆)가스를 사용했으며, 완성된 B-도우프된 a-Si : H 박막의 평가를 위해 석영으로 된 샘플기판을 블랭크 재료의 일부가 제거된 드럼 블랭크의 일부분에 부착시켰다.

B 도우프 a-Si : H 박막의 성장속도는 29Å/s이었고 또한 원료가스 소비율은 19%이었음이 관측되었다. 또한 완성된 B-도우프 a-Si : H 박막은 어둠속에서 1.3x10¹¹Ω·cm의 저항성분을 나타냈으며 또한 백색램프의 조사하에서 1.3x10⁷Ω·cm의 저항성분을 나타냈다. 따라서, 생성된 드럼은 전자사진 분야에서 광수신기 드럼으로서 사용될 수 있다.

제9a도 및 9도는 본 발명의 제5실시예를 나타내는 것으로, 이는 제1도에 나타낸 박막형성 장치 10과 동일하다. 제9a도 및 9b도에서, 제1도의 것과 동일한 것은 동일번호를 나타내며 제1도의 것에 대응하는 것은 프라임을 붙여서 나타낸다.

제5실시예에서, 방전전극 20은 접지된 전극 22위에 나란히 배치되는 3방전전극 요소 209a를 포함한다. 제9b도에 나타낸 바와 같이, 각각의 방전전극요소들 209a는 평행사변형으로서 그의 축방향을 따라 연장되는 빈공간 또는 홈 209b를 갖고 있다. 다수의 개방구멍들 209c는 서로 세로방향으로 정렬되도록 홈 209b의 긴 바닥내에 형성된다. 접지된 전극 22는 제1도의 것과 동일하다.

원료가스를 공급하기 위한 인입파이프 18은 반응 용기 12의 상부벽을 통해 연장되며 또한 각각 홈 209b와 동연인 3장홈 포트들 14'를 갖는 헤더 14a'에 연결된다. 방전전극 요소 209a는 장홈 포트 14'가 제9a도에 나타낸 바와 같이 방전전극 요소들 209a에 의해 폐쇄되도록 또한 각각의 장홈 포트들 14'가 개방구멍 209c를 통해 대응하는 전극 요소 209a의 홈 209b와 유통되도록 헤더 14a'에 부착된다. 인입 파이프 18과 헤더 14a'는 적합한 도전체로 형성되며 또한 임피던스 정합상자 28과 저지캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다. 헤더 14a'는 차폐요소들 24'에 의해 커버되어 있어 방전전극 요소들 209a와 접지전극 22간에서만 방전이 발생한다.

동작시에, 인입 파이프 18에 의해 공급되는 원료 가스는 일단 헤더 14a'내로 도입된 다음 개방구멍들 209c로부터 장홈 포트들 14'를 통해 빈공간 또는 홈들 209b로 방출된다. 따라서, 고밀도 플라즈마가 제1도의 제1실시예에서와 동일한 방식으로 빈공간 209b 각각에서 얻어질 수 있다.

제9a도 및 9b도의 제5실시예에 의하면, 그 장치는 반응 용기내에 하나 이상의 고밀도 플라즈마 구역을 갖고 있으므로 그에 의해 박막의 형성이 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 수행될 수 있다.

또한, 제9a도 및 9b도의 제5실시예에 대응하는 박막 형성장치를 실제로 조립하여 다수의 기판상에 수소처리된 무정형 실리콘(a-Si : H)박막의 형성을 수행했다.

조립된 장치는 다음과 같은 특성을 갖고 있었다.

박막 형성은 다음 조건하에서 수행했다.

동작을 행하는 동안, 방전전극의 전위를 제10도에서 보인 바와 같이 관측했다.

생성된 a-Si : H 박막의 평균 두께의 2.09㎛이었고 또한 두께의 분산은 ±0.22㎛이었음을 관측했다. 그에 따라, 박막의 성장속도는 평균6.26㎛/h이고, 분산은 8%이다. 또한 원료가스 소모율은 약26%이었음이 관측되었다. 제11도는 본 발명에 따라 생성된 박막의 두께분포를 나타낸다.

박막(a-Si : H)의 또 다른 형성을 동일한 조건하에서 종래의 장치에서 수행했다. 생성된 박막의 성장속도는 평균 2.56㎛/h이었고, 분산은 최대 약 50%이었고, 또한 원료가스 소모율은 약 10%이었음이 밝혀졌다. 제12도는 종래의 장치에 의해 생성되는 박막의 두께분포를 나타낸다.

상기 결과들을 비교하면 본 발명에 의해 박막 성장속도와 가스 소모율이 상당히 개선됨을 알 수 있다.

또한 생성된 박막들을 광 및 암저항률(ρ_d/ρ_p)에 대해 평가했다. 여기서 ρ_d는 어둠속에서의 저항성분이고, ρ_p는 백색램프의 조사(1mW/㎠)하에서 저항성분이다. 이 박막이 태양전지용 광도전체, 광수신기 드럼등으로서 사용될 때 저항율(ρ_d/ρ_p)은 중요한 인수의 하나이다. 평가 결과는 다음과 같다.

본 발명 : 4.6＂fLog(ρ_d/ρ_p)＂f4.9

종래기술 : 4.7＂fLog(ρ_d/ρ_p)＂f5.1

제13a도 및 13b도는 본 발명의 제6실시예를 나타내는 것으로 이는 제8a도 및 8b도에 나타낸 박막 형성 장치와 동일하다. 제13a 및 13b도에서, 제8a도 및 8b도의 것들과 동일한 것은 동일번호를 부여한다.

제6실시예에서, 방전전극 20은 반응용기 12내에 정반대로 배치되는 동일한 2방전 전극 요소들 2013a를 포함한다. 방전 전극 요소들 2013a 각각은 제13a도에 나타낸 바와 같이 부채꼴형 횡단면을 갖고 있으며 또한 반응 용기 12의 종축을 따라 연장되는 그의 원통형 내벽부분내에 형성되는 중앙 요홈 2013b를 갖는 공동구성이다. 중앙요홈 2013b는 일반적으로 T형 횡단면을 갖고 있으며, 그의 횡단막대부분은 그내에 배치되는 차폐판 요소 2013c를 갖고 있으며, 그에 의해 각각의 전극요소들 2013a는 2방전 전극 구획들 2013a'로 분할된다. 각각의 방전 전극 구획들 2013a'는 반응 용기 12의 종축을 따라 연장되는 그의 원통형 내벽 부분내에 형성되는 빈공간 또는 홈 2013e를 갖고 있다. 제13(b)도에 나타낸 바와 같이, 다수의 개방구멍들 2013f는 각각의 홈 2013e의 바닥내에 형성되어 서로 세로방향으로 정렬되어 있다. 제13(a) 및 13(b)도에 나타낸 바와 같이, 방전 전극 요소들 2013a의 측면들은 차폐판 요소들 46에 의해 커버되어 있으며, 방전 전극 요소들 2013a의 단부면들은 차폐단 요소들 48에 의해 커버되어 있다. 제13a도에 나타난 바와 같이, 방전 전극 요소들 2013a 각각은 그의 원통형 외벽부분으로부터 돌출되어 반응용기 12의 원통형 측벽부분을 통해 연장되는 인입 파이프 18'를 갖고 있다. 인입 파이프 18'는 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결되어 있다.

제13a도 및 13b도의 제6실시예에서, 접지된 전극은 제8a도 및 8b도의 제4실시예에서와 같이 알미늄 드럼 블랭크D를 포함할 수도 있다. 드럼 블랭크 D는 제8a도 및 8b도에서와 같은 방식으로 반응 용기 12내에 중앙위치에 세트될 수도 있다.

동작시에, 각 인입 파이프 18'에 의해 공급되는 원료가스는 일단 대응전극 2013a에 도입된 다음 개방 구멍들 2013f로부터 빈공간 2013e로 방출된다. 그에 따라, 고밀도 플라즈마가 제1도의 제1실시예에서와 동일한 방식으로 빈공간 2013e의 각각에서 얻어질 수 있다.

더욱이, 제9a도 및 9b도의 제6실시예에 대응하는 박막 형성장치를 실제로 조립하여 알미늄 드럼 블랭크상에 P-형 a-Si : H 박막의 형성을 수행했다.

조립된 장치는 다음과 같은 특성을 갖고 있었다.

박막형성을 다음 조건하에서 수행했다.

동작을 진행하는 동안, 방전 전극의 전위를 제14도에 나타낸 바와 같이 관측했다. 또한 생성된 P-형 a-Si : H 박막의 두께는 제15도에 나타낸 바와 같은 특성을 나타냈다. 동작을 진행하는 동안 고분자 분말은 발생되지 않았다.

제16도는 본 발명의 제7실시예를 나타내는 것으로 이는 제1도의 박막장치와 동일이다. 제16도에서, 제1도의 것과 동일한 것은 동일번호로 나타내며 또한 제1도의 것들에 대응하는 것은 프라임을 붙여 나타낸다.

제7실시예에서, 방전 전극 20은 도면의 평면에 수직한 방향으로 연장되는 평행사변형 전극 요소 2016a를 포함한다. 방전전극요소 2016a는 스테인레스 스틸과 같은 적당한 도전체로 형성되는 상부벽 부분 2016a₁, 하부벽 2016a₂, 측벽부분 2016a₃및 단부벽 부분(도시안됨)을 포함한다.

방전전극요소 2016a는 상부벽 부분 2016a₁으로부터 일체로 돌출되는 인입 파이프 18'를 갖고 있으며, 그 인입 파이프 18'는 절연체 요소 23'의 매개자를 통해 반응용기 12(부분적으로 나타냄)의 상부벽 부분 1216a에 연결되어 연장되어 있어, 결국 방전전극 2013a는 반응용기 12의 상부벽 부분 1216으로부터 현수된다. 제16도에 나타낸 바와 같이, O-링씰 50은 인입 파이프 18'를 통과하기 위한 상부벽 부분 1216a내에 형성된 관통구멍의 인입 파이프 18'에 적용되므로 결국 인입 파이프 18'와 그에 대한 관통구멍간의 공기를 밀봉시킨다. 인입 파이프 18'는 원료가스원(도시안됨)에 도입되어 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다.

방전 전극요소들 2016a는 그의 하부벽 부분 2016a₂를 제외하고 차폐판 24로 커버된다. 하부벽 부분 2016a₂의 외부 표면은 방전영역으로서 작용한다. 차폐판 24는 반응용기 12의 상부벽 부분 1216a로부터 현수된다. 절연체 요소 52는 차폐판 24와 차폐될 전극 요소 2016a의 표면간에 삽입되어 그들간의 접촉을 막아준다.

제1도에서와 동일한 접지전극 22는 하부 1216b상에 설치되며 또한 기판 S는 접지된 전극 22상에 놓인다. 비록 도시되지 않았지만, 적합한 전기 히터를 기판 가열을 위해 접지전극 22내에 설치할 수 있다. 출구 파이프 16'는 하부 1216b로부터 돌출되며 또한 적합한 진공펌프(도시안됨)에 연결되도록 채택된다.

방전전극 2016a는 그의 하부벽 부분 2016a₂내에 형성된 빈공간 또는 홈 2016b를 갖고 있다. 홈 2016b는 방전전극요소 2016a의 종축을 따라 연장되며 또한 다수의 개방구멍 2016c는 그의 종축을 따라 서로 정렬되도록 홈 2016b의 바닥에 형성된다. 그에 의해 홈 2016b는 방전전극요소 2016a의 내실과 유통된다. 제16도의 출구구멍은 홈 2016b의 출구구멍을 한정해주는 대향된 연부들로부터 연장되는 대향되는 돌출부들 2016e에 의해 제한되어 있는 것이 특징이다. 대향된 돌출부들 2016e간의 공간 a는 사용된 원료가스의 종류와 반응용기 12내의 압력 등과 같은 인자들에 따라 적당히 선택해줌으로서 대향된 돌출부들 2016e간에서 방전이 발생되도록 할 수 있다. 즉, 공간 a가 너무 좁으면 방전이 발생하지 않는다.

동작시에, 원료가스는 인입 파이프 18'를 통해 방전전극요소 2016a의 내실로 공급된 다음 개방구멍 2016c를 통해 빈공간 또는 홈 2016내로 도입된다. 그에 따라, 고밀도 플라즈마 구역이 제1도의 제1실시예에서와 같은 식으로 빈공간 2016b내에서 얻어질 수 있다. 그러나, 제16도의 제7실시예에 의하면, 플라즈마의 밀도는 더욱 향상될 수 있다. 왜냐하면 원료가스 분자의 분리에 의해 그리고 이온들과 홈 표면들간의 충돌에 의해 발생되는 전자들이 대향된 돌출부들 2016d에 의해 홈 2016b내에 구속될 수 있기 때문이다. 특히, 전술한 바와 같이, 빈공간 또는 홈내의 전자들은 홈 2016b로부터 전자들이 탈출할 때 그들의 홈 2016b의 출구공의 평면을 향해 비스듬하게 주행(제16도의 화살표 B 참조)하도록 홈쪽 표면들(제16도에서 화살표 A 참조)간에서 신속하게 진동된다. 그에 따라, 대향된 돌출부들 2016d는 홈내에 전자들을 효과적으로 구속시킬 수 있다. 다른 한편, 원료가스 분자들로부터 분리된 활성종들은 전자들에 비해 아주 무거우므로 활성종들은 전기 영향(제16도의 화살표 C 참조)을 받지 않고서도 홈 2016b의 출구공을 통해 통과할 수 있다. 간단히 말해 제7실시예에 의하면, 박막의 성장속도와 원료가스 소모율은 더욱 촉진된다.

제17a도 및 17b도는 본 발명의 제8실시예를 나타내는 것으로, 이는 제8a도 및 8b도의 제4실시예와 동일하나 상술한 바와 같은 제7실시예의 특징을 갖고 있다. 제17a도 및 17b도에서 제8a도 및 8b도의 것들과 동일한 것은 동일번호로 나타낸다.

제8실시예에서, 방전전극 20은 원통형 반응 용기 12내에 동심상에 배치되며 또한 원통형 내벽부분 2017a₁, 원통형 외벽부분 2017a₂, 및 환형 단부벽 부분 2017a₃(제17b도)를 포함하는 2중벽 원통형 전극 요소 2017a를 포함한다. 이들 벽부분들은 환형실 2017b'를 한정하며 또한 스테인레스 스틸과 같은 적당한 도전체로 구성된다. 방전전극 요소 2017a는 외부벽 부분 2017a₂로부터 일체로 돌출되는 인입 파이프 18'를 갖고 있으며, 이 인입 파이프 18'는 절연체 요소 23'의 매개자를 통해 반응 용기 12의 외벽부분 2017a₂에 연결되어 연장되어 있다. 인입 파이프 18'는 원료 가스원(도시안됨)으로 유도되어 임피던스 정합상자 28과 저지 캐패시터 30을 통해 RF 전원 26에 연결된다.

방전전극요소 2017a의 환형 단부벽 부분들 2017a₃은 반응용기 12의 원통형 내벽 표면에 일체로 연결된 2환형 차폐판 24'에 의해 커버된다. 이 실시예에서, 반응 용기 12의 원통형 측벽은 밀접해 있기 때문에 전극요소 2017a의 원통형 외벽부분 2017a₂에 대한 차폐판으로서 작용한다. 방전전극요소 2017a는 반응 용기 12의 종축을 따라 연장되는 원통형 내벽부분 2017a₁내에 형성되는 4빈공간 또는 홈들 2017b를 갖고 있다. 제17b에 나타낸 바와 같이 다수의 개방 구멍들 2017c는 서로 종방향으로 정렬되도록 각 홈 2017c의 바닥내에 형성된다. 각 홈 2017c의 긴 출구공은 홈 2017c의 출구공을 한정해주는 대향된 연부들로부터 연장되는 대향된 돌출부들 2017d에 의해 제한되므로 그에 의해 전자들은 제16도의 제7실시예에서 언급한 바와 같이 홈 2017c에 구속될 수 있다. 출구 파이프 16'는 반응용기 12의 원통형 외벽으로부터 돌출되어 있어 조작밸브 54를 통해 적당한 진공펌프(도시안됨)에 연결되도록 채택된다.

접지된 전극 22는 2중벽 원통형 전극요소 2017a내에 동심상에 배치되며 또한 알미늄과 같은 적당한 도전체로 형성되는 드럼형 전극 요소 2217을 포함한다. 접지된 드럼형 전극 요소 2217은 제8a도 및 8b도의 제4실시예에서와 동일한 방식으로 지지될 수 도 있다. 즉, 드럼형 전극요소 2217은 슬리브형 클램프 부채 42에 의해 슬리브형 장구 40상에 공정되며 또한 적당한 모터(도시안됨)에 의해 회전된다. 이 실시예에서, 다수의 기판들 S는 그 재료의 일부에 제거되는 예정된 위치들에서 드럼형 전극 요소 2217에 착탈가능하게 부착된다. 제17b도에 나타낸 바와 같이, 한쌍의 작은 판형 홀더들 56은 기판 S를 부착시키기 위한 재료가 제거된 영역들 각각에 고정되므로 결국 판형 홀더쌍 56은 기판 S를 유지시키기로 위한 한쌍의 채널을 형성하도록 대응 영역을 부분적으로 중첩한다.

제17a도에 나타낸 바와 같이, 4궁형 차폐판 요소 44는 규칙적인 간격으로 정반대로 배치되도록 방전전극 요소 2017a의 원통형 내벽 표면에 부분적으로 적용된다. 그에 의해 방전 영역은 방전전극 20의 전위가 음쪽으로 바이어스될 수 있도록 제한된다.

동작시에, 원료가스는 인입 파이프 18'를 통해 방전전극 요소 2017a의 환형실 2017b'내로 공급된 다음 개방구멍 2017c를 통해 빈공간 또는 홈 2017b내로 도입된다. 그에 따라, 고밀도 플라즈마 구역이 제16도의 제7실시예에서와 동일한 방식으로 빈공간 2017b내에서 얻어질수 있다.

제17a도 및 17b도의 제8실시예에 대응하는 박막형성장치를 실제로 조립하여 기판상에 a-Si : H 박막의 형성을 수행한다.

조립된 장치는 다음과 같은 특성을 갖고 있었다.

조립장치에서, 대향된 돌출부들(2017b)의 돌출길이는 변화되었다.

박막형성을 다음과 같은 조건하에서 수행했다.

또한 원료가스로서, Si₂H₆가스와 Si₂H₆및 He(1:1)의 혼합가스를 사용했다. Si₂H₆가스의 유속은 100sccm이었으며. Si₂H₆와 He의 혼합가스의 유속은 200sccm이었다. 대향된 돌출부들(2017d)의 돌출된 길이로서, 3길이, 즉 0mm, 1.0mm 및 1.5mm가 선택되었다.

생성된 a-Si : H 박막을 박막의 성장속도에 대해 평가했으며 또한 그 결과는 제18도에 나타낸다. 제18도로부터 명백한 바와 같이, 돌출길이 X가 1.5mm일 때, 박막형성의 속도는 최대이고, 돌출길이 X가 2.0mm일 때, 박막형성의 속도는 현저히 저하된다. 이는 빈공간의 출구공이 너무 제한되어 방전이 발생되기 어려움을 뜻한다.

제19도는 본 발명의 제9실시예를 나타내는 것으로, 이는 일부를 제외하고 제16도의 제7실시예와 동일한 방식으로 구성된다. 특히, 두 실시예는 제16도의 제7실시예에서 대향된 돌출부들 2016d가 빈공간 2016b내의 전자들을 구속시키기 위해 사용되는 반면 이 제9실시예에서와 동일 목적을 위해 자기요소 58이 사용되는 점에 있어 서로 다르다. 따라서, 제19도에서, 제16도에서와 동일부분에서는 동일번호를 부여한다. 자기요소 58은 빈공간 2016b의 출구공을 둘러싸도록 방전전극 요소 2016a의 내실내에 배치되므로, 그에 의해 빈공간 2016b내의 전자들은 로렌쯔력(Lorentz force)을 받아 그내에 구속된다. 또한 전자들은 자기요소들 58로 인해 나선운동하므로 전자와 원료가스 분자들 간의 충돌 가능성이 더욱 증가될 수 있으므로 그에 의해 박막의 성장속도와 원료가스 소모율이 현저히 향상될 수 있다.

제20a도 및 b도는 본 발명의 제10실시예를 나타내는 것으로, 이는 일부를 제외하고 제17a도 및 17b도의 제8실시예와 동일한 방식으로 구성된다. 특히, 두 실시예의 차이점은 대향된 돌출부들 2017d가 제17a도 및 17b도의 제8실시예에서 빈공간 2017b내에 전자들을 구속하기 위해 사용되는 한편 제10실시예에서는 동일한 목적을 위해 자기요소 60이 사용된다는 점에 있다. 따라서, 제20도에서 제17a도 및 17b도에서와 동일부분은 동일번호로 나타낸다. 자기요소들 60은 각 빈공간 2017b 각각의 출구공을 둘러싸도록 방전전극 요소 2017a의 내부 환형실 2017b'내에 배치된다.

제20a도 및 20b도의 제8실시예에 대응하는 박막형성장치를 실제로 조립하여, 기판상에 a-Si : H박막의 형성을 수행했다.

조립된 장치는 다음과 같은 특징들을 갖고 있었다.

박막형성을 다음과 같은 조건하에서 수행했다.

또한 원료가스로서, Si₂H₆가스와 Si₂H₆및 He의 1:1 혼합가스를 사용했다. Si₂H₆가스의 유속은 100sccm이었으며, Si₂H₆와 He의 혼합가스의 유속은 200sccm이었다.

또 다른 박막의 형성을 전술한 것과 동일 조건하에서 수행했으나 자기요소들(60)을 사용하지 않았다. 생성된 a-Si : H 박막을 박막의 성장속도에 대해 평가하고 그 결과를 다음 표에 나타낸다.

본 발명의 실시예들은 a-Si : H 박막형성에 대해 설명했지만 본 발명은 a-Si : H, a-SiGe : H, a-SiN : H, 마이크로 결정화 실리콘, a-C : H, Si₁-_xxN_x(0＜x＜1), Si₁-_xxO_x(0＜x＜1), W₂Si₃, BN, B₄C₉SiC등과 같은 따른 형의 박막의 형성에도 적용될 수 있다.

마지막으로 전술한 설명은 본 발명의 양호한 실시예로서, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어나지 않는 범위내에서 여러 수정 변경 가능함을 이해할 수 있다.

Claims (12)

1. 반응용기와, 상기 반응용기내에 대향하여 배치되는 제1전극 및 제2전극과, 상기 제1전극은 상기 제2전극에 개방되는 빈공간을 포함하며, 상기 제1전극의 빈공간을 통해 상기 반응용기내로 원료가스를 도입하기 위한 도입수단과, 원료가스를 분리시키기 위해 상기 제1전극과 상기 제2전극간에서 방전 플라즈마 구역을 발생시키도록 그들간에 무선주파수 전압을 걸어주기 위한 무선주파수 전원을 포함하는 회로수단과, 상기 회로수단은 상기 제1전극이 방전전극으로서 작용하도록 배열되며, 상기 제2전극은 접지되도록 배열되며, 그리고 상기 회로수단은 상기 제1전극의 전위를 음쪽으로 바이어스시키기 위한 바이어싱 수단을 더 포함하며, 그에 의해 고밀도 플라즈마가 상기 빈공간내에 생성되는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
2. 제1항에서, 상기 바이어싱 수단은 상기 회로수단내에 결합되는 저지 캐패시터를 포함하며, 상기 제1전극은 상기 제1전극의 방전영역에 대향되는 상기 전극의 영역보다 더 작은 방전영역을 갖고 있는 것이 특징인 기판상에 박막형성용 장치.
3. 제1항에서, 상기 바이어싱 수단은 상기 회로 수단에 결합되는 직류 전압원을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1전극의 빈공간은 그의 재료가 제거되는 식으로 그내에 형성되며, 상기 도입수단은 원료가스를 방출시키기 위해 상기 빈공간의 바닥에 형성되는 적어도 하나의 개방구멍을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
5. 제1항에서, 상기 제1전극의 빈공간은 상기 제1전극에 슬리브요소를 부착시켜 형성되며, 상기 도입 수단은 원료가스를 방출시키기 위해 상기 제1전극내에 형성되는 개방구멍을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
6. 제1항에서, 상기 제1전극의 빈공간은 상기 제1전극에 부착되는 도전 메쉬 요소에 의해 한정되며, 상기 도입수단은 상기 메쉬 요소를 둘러싸며 또한 원료가스를 방출하기 위해 그내에 형성되는 적어도 하나의 개방구멍을 갖고 있는 파이프 요소를 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
7. 제1항에서, 상기 제1전극은 원료가스 충만실로서 내실이 형성되는 공동구성을 갖고 있으며, 상기 제1전극의 공동구성을 갖고 있으며, 상기 제1전극의 빈공간은 상기 공동구성의 벽내에 움푹들어간 홈으로서 형성되며, 상기 도입 수단은 원료가스를 방출시키기 위해 상기 홈의 바닥내에 형성되는 적어도 하나의 개방구성을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
8. 제1항에서, 상기 제1전극은 적어도 2전극 요소들을 포함하며, 각 요소는 부채꼴형 공동구성을 갖고 있으며, 상기 제2전극은 드럼형 요소로서 형성되어 회전되도록 채택되며, 부채꼴형 전극 요소는 규칙적인 간격들로 상기 드럼형 요소둘레에 동심상에 배치되며, 각각의 부채꼴형 전극요소들은 공동 구성의 내벽내에서 움푹들어간 홈으로서 형성되는 적어도 하나의 빈공간을 갖고 있으며, 그리고 상기 도입수단은 원료가스를 방출시키기 위해 상기 홈의 바닥내에 형성되는 적어도 하나의 개방구멍을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
9. 제1항에서, 상기 제1전극은 환형공동구성을 갖고 있으며, 상기 제2전극은 드럼형 요소로서 형성되어 회전되도록 채택되며, 상기 제2전극은 상기 제1전극의 환형 공동구성내에 동심상에 배치되며, 상기 제1전극의 빈공간은 공동구성의 내벽내에 움푹 파인 적어도 하나의 홈으로서 형성되며, 상기 도입수단은 원료가스를 방출시키기 위해 상기 홈의 바닥내에 형성되는 적어도 하나의 개방구멍을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.
10. 제1항에서, 상기 제1전극은 하나이상의 방전 전극 요소들을 포함하며, 상기 방전전극요소들 각각은 재료를 제거하여 형성되는 빈공간을 갖고 있으며, 상기 도입수단은 원료가스를 방출시키기 위해 각각의 방출전극 요소의 빈공간의 바닥내에 형성되는 적어도 하나의 개방구멍을 포함하는 것이 특징인 기판상의 박막 형성용 장치.
11. 제1항에서, 상기 제2전극으로 개방되어 있는 상기 제1전극의 빈공간의 출구공이 상기 제1전극의 일부로서 형성되는 대향된 돌출부들에 의해 제한되며, 그에 의해 상기 빈공간에서 생성되는 고밀도 플라즈마내에 내포된 전자들은 그 내에 구속되는 것이 특징인 기판상에 박막형성용 장치.
12. 제1항에서, 상기 제1전극은 빈공간의 출구공을 둘러싸도록 배치되어 상기 제2전극으로 개방되어 있는 적어도 하나의 자석요소를 포함하며, 그에 의해 상기 빈공간내에서 생성되는 고밀도 플라즈마내에 포함되는 전자들은 그내에 구속될 뿐만 아니라 자속요소의 출현으로 인해 스핀운동할 수 있는 것이 특징인 기판상의 박막형성용 장치.

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