KR940003787B1 - 박막 형성장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

박막 형성장치 및 방법
제1도는 a-Si 감광성 부재의 구성도.
제2도는 종래기술의 RF-CVD 장치의 구성도.
제3도는 박막 형성장치의 구조도.
제4도는 박막 형성장치의 사시도.
제5도는 프로판 가스를 유입하는 방법의 설명도.
제6도는 감광성 부재 드럼(drum)을 발생하기 위한 박막 형성장치.
제7도는 IR-RAS의 측정결과를 나타내는 그래프.
제8도는 레이저 라만 분광 측정장치의 설명도.
제9도는 레이저 라만 분광의 측정결과를 나타내는 그래프.
제10도는 탄소와 TO/TA 비율의 함유량 사이의 관계를 나타내는 그래프.
제11도는 본 발명의 두 번째 실시예의 설명도.
제12도는 수소 라디칼(radical) 도입 포트의 구성도.
제13도는 세번째 실시예의 설명도.
제14도는 수소 라디칼 도입 포트의 설명도.
제15도는 플라즈마 발생로와 기판 사이의 거리 D에 대한 발광 강도 H를 나타내는 그래프.
제16도는 네번째 실시예의 설명도.
제17도는 수소 라디칼 발생기의 설명도.
제18도는 레이저 라만 분광의 측정결과를 나타내는 그래프.
제19도는 다섯번째 실시예의 설명도.
제20도는 여섯번째 실시예의 설명도.
제21도는 일곱번째 실시예의 설명도.
제22도는 여덟번째 실시예의 설명도.
제23도는 아홉번째 실시예의 설명도.
제24도는 수소 라디칼 발생장치의 설명도.
본 발명은 박막 수소첨가 비결정질 물질, 예를 들면 수소첨가 비결정질 실리콘, 수소첨가 비결정질 탄소, 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물 및 박막 트랜지스터(TFT) 등을 형성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
박막 수소첨가 비결정질 물질, 특히 수소첨가 비결정질 실리콘(이하 a-Si : H라 칭함)은 우수한 내구도를 나타내고 환경 오염원이 되지 않기 때문에 정보 광 비임의 조사로 영상을 형성하기 위하여 전자사진장치용 전자사진 감광성 부재로서 널리 사용되었다.
제1도에 도시된 바와 같이, 캐리어 주입용 블로킹층 103, 캐리어 발생층 및 캐리어 전송층으로 이루어지는 감광층 104와 표면 보호층 105가 알루미늄(A1) 등의 전도성 기판 100위에 연속적으로 적층된다.
캐리어 주입의 이 블로킹층용 P형 또는 N형 a-Si : H, a-SiO : H, a-SiC : H, a-SiN : H가 사용되고, 감광층용으로는 a-Si : H가 사용된다. 표면 보호층용으로는 a-SiC : H, a-SiN : H, a-SiC : H 및 a-SiC : H가 사용된다. 특히, 표면 보호층용으로는 넓은 밴드 갭을 가지는 a-SiC : H 또는 a-SiN : H가 사용되지만, a-SiC : H가 경도의 면에서 보다 우수하다.
그러나, 표면층이 Si를 포함하는 경우에 Si는 공기중의 산소와 반응하여 높은 습도조건에서 친수성(hydrophilicity)과 블루링(blurring)이 쉽게 발생될 수 있는 SiO를 형성한다.
그러므로, 가열된 감광성 물질 또는 표면층으로서 Si를 포함하지 않는 막을 사용하는 방법이 적용되어 왔다.
그러나, 가열된 감광성 부재가 사용되는 경우에 전자사진 장치 표면에 가열 소오스(source)를 설치해야 할 필요가 있고, 이것에 의하여 전자사진 장치의 형상이 복잡하게 되고 비용이 비싸다는 문제점이 초래된다.
한편, Si를 포함하지 않는 표면층이 사용되는 경우에 감광성 물질로서의 광투과율, 경도 및 적합성이 불충분하다는 문제점이 발생된다.
본 발명의 목적은 감광성 부재로서의 높은 광투과율, 경도 및 적합성이 확산되고, 가열 소오스를 사용하지 않고 높은 습도 조건하에서 블루링의 발생을 허용하지 않는 감광성 부재용 a-SiC : H를 제공하는데 있다.
그러므로, 본 발명에 따라 일반식 a-Si1-xCx로 표현되는 수소 첨가 비결정질 실리콘 탄화물이 150cm-1의 근처에서 나타는 피크(TA) 진폭에 대하 Ar*488nm의 여기(excitation) 레이저를 사용하는 레이저 라만 분광 측정에 의하여 관찰된 480cm-1의 근처에서 나타나는 피크(TO) 진폭의 비율로서2.0이상의 값을 가지며 탄소의 함량(X)은 다음의 범위0.45≤×≤0.8에 있다.
발명자들은 높은 감광도 반사 FT-IR(IF-RAS)로 접촉 각에 대한 측정에 의하여 높은 습도 조건하에서 코로나 조사를 통하여 a-Si : H감광성 부재의 표면의 동작에 대한 검사의 결과, 높은 습도 조건하에서 a-Si : H감광성 부재의 표면보호층에 대한 코로나 조사가 그의 표면에서 Si-H, H-OH, Si-O-Si, NO3 -, CO3 --피크들의 증가를 야기시키고, 이것에 의하여 습윤성이 향상된다는 것을 발견하였다. 즉, 코로나조사에 의하여 발생된 오존(O3)이 감광성 부재의 표면을 직접 산화시키며 Si-O-Si 결합을 증가시킨다. 동시에 NO3 -, CO3-및 OH 등의 흡수그룹과 수화물로서 표면에 Si로 부착된 흡수 그룹들을 발생시킨다. 결과적으로, 표면에서의 극성이 증가하고 또한 습윤성도 증가한다. 극성 분자 H2O는 표면에 부착된다. 표면이 이 조건하에서 충전될때 전하들이 흐르므로 블루링이 발생한다. 그러므로, 발명자들은 습도에 저항하는 a-Si 감광성 부재를 형성하는 방법으로써 상기 설명된 막의 특성으로부터 표면에서 Si를 포함하지 않는 물질을 적용하는 것이 불가능하기 때문에 표면 보호층으로서 현재 사용된 a-Si1-xCx: H에 탄소의 함량(X)를 증가시킴으로써 개선된 습윤성을 제공하였다.
더욱이, 탄소의 높은 함량(X)를 가지는 a-Si1-xCx: H만으로는 표면 보호층으로서 캐리어 주입을 차단하기 위한 충분한 기능을 가지지 못한다. 그러므로, 본 발명은 표면 보호층으로서의 블로킹의 충분한 기능과 탄소의 높은 함량(X)를 보장하는 a-Si1-xCx: H를 성취하기 위하여 150cm-1의 근처에서 나타나는 피크(TA) 진폭에 대한 Ar*488nm의 여기 레이저를 사용하는 레이저 라만 분광 측정에 의하여 관찰된 480cm-1의 근처에서 나타는 피크(TO) 진폭의 비로서2.0이상의 값을 제공하는 탄소의 함량(X>0.4)을 갖는 a-Si1-xCx: H를 제안하였다.
그런데, 잘 알려진 RF-CVD(Radio Frequency Chemical Vapor Deposition) 장치(예를 들면, USP제4,507,375호 등의 Corona Publishing Corp에 의하여 1988년에 발간된 " Electrophotographic Bases and Application"의 452페이지)에 의하여 형성된 탄소의 높은 함량(X≥0.5)을 자기는 a-Si1-xCx: H는 막의 밀도가 저하되기 때문에 블로킹층으로서의 기능을 나타내지 못하고 충전전압의 출현을 허용하지 못한다.
제2도는 종래기술의 RF-CVD장치의 구성의 개략도이다.
제2도에서, 그 위에 a-SiC : H막을 형성하는 기판 100이 반응용기 26의 접지에 접속된 두번째 전극 27위에 설치된다. 이 반응용기 26은 출구펌프 116과 회전펌프 32에 접속된 기계적 부스터(booster)펌프 32에 의하여 배기된다. 한편, 반응용기 26이 도입포트 114에서 파이프 118과 접촉한다. 다음에, 파이프 118이 흐름조절기 5a를 통하는 디실란 Si2H6을 포함하는 가스실린더 1, 흐름조절기 5b를 통하는 프로판 C3H8을 포함하는 가스실린더 2, 흐름조절기 5c를 통하는 수소 H2를 포함하는 가스실린더 3 및 흐름조절기 5d를 통하는 아르곤 Ar을 포함하는 가스실린더 4에 접속된다.
이들 가스실린더들 1-4에 포함된 이들 가스들이 파이프 118을 통하여 반응용기 26까지의 각 흐름조절기 5a-5d에 의한 조절에 따른 양이 원료(starting) 가스로서 도입된다.
이 조건에서, 고주파 전력이 고주파 전원 31로부터 첫번째 전극 29에 공급될때 원료가스의 플라즈마가 첫번째와 두번째 전극 27, 29를 가로질러 형성되고, 이것에 의하여 a-SiC : H막이 기판 100위에 형성된다.
가스실린더 2에 포함된 프로판 C3H8의 유량이 증가할때 상술된 RF-CVD가 탄소의 높은 함량(X)를 갖는 a-Si1-xCx: H를 형성하지만 이것을 블로킹층으로서의 기능을 가지지 못한다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 상술된 특성을 가지는 a-Si1-xCx: H를 형성하기 위한 장치와 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러므로, 본 발명에 따라 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물을 형성하기 위한 장치가 반응용기, 반응용기에 원료가스를 도입하기 위한 첫번째 수단, 반응용기내에서 원료가스의 플라즈마를 형성하기 위한 수단, 반응용기 수소가스를 도입하기 위한 두번째 수단 및 두번째 수단에 의하여 도입된 수소가스로부터 수소 라디칼을 제공하기 위한 수단으로 이루어진다.
즉, 마이크로파 주파수(2.45GHz) 등을 갖는 수소가스(H2)의 분해에 의하여 발생된 긴 수명의 수소 라디칼(·H)이 원료가스의 플라즈마 분해를 위하여 증착 공간과 반응용기에 보내진다. 즉, 막의 밀도가 수소 라디칼(·H)로 효과적으로 반응 표면을 덮음으로써 개선될 수 있다고 생각될 수 있다.
원자 결합에너지는 다음과 같다.
H-H>C-C>C-C>Si-C>Si-Si>Si-H
4.88 eV 4.29 eV 3.58 eV 3.38 eV 3.10 eV 3.06 eV
a-Si1-xCx: H막의 형성 동안에 센스막의 형성은 Si 원자의 댕글링본드(DB)를 감소시킨다.
이것은 증가된 탄소비 X가 상기한 결합에너지의 결과로부터 큰 양의 탄소와 결합되는 수소를 발생시킨다는 것을 의미한다. 그 결과, Si원자의 DB가 증가하고, 이것에 의하여 막이 나빠진다고 생각되어질 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 과잉의 수소(·H)로 반응표면을 덮음으로써 감소되고 Si-C결합은 표면에서 H-H의 재결합을 발생함으로써 증가된다.
이것에 의하여, 막이 농후하게 된다. 마쓰다(Matsuda) 등은 막이 수소(H2)를 감소시킴으로써 농후해질 수 있다고 제안하였으나 발명자들은 a-SiC : H막의 블로킹 특성은 탄소의 함량이 높을때 나빠진다는 것을 발견하였다. 그러므로, 수소(H2)가 수소 라디칼(·H)로써 대 되면, 수소(H2)보다 활동적이기 때문에 표면을 덮을 수 있고 막이 보다 높은 탄소의 함량으로 농후하게 될 수 있다.
발명의 다른 목적 및 새로운 특징이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 서술함으로써 명백해질 것이다. 그러나, 도면은 오직 예시의 목적을 위한 것이고 발명의 한정을 규정하는 것은 아니다.
제3도와 제4도에서 박막 형성장치는 일반적으로 참조번호 110으로, 첫번째 도입포트 114, 두번째 도입포트 115 및 출구포트 116을 가지는 반응용기는 26으로 지정된다. 도입포트 114가 도입파이프 118의 한쪽끝에 접속되고, 그의 다른 한쪽 끝은 적절한 료가스 소오스(starting gas source) 1, 2, 6, 7에 접속되며 출구포트 116은 회전펌프 33과 기계적 부스터 펌프 32로 이루어진 적절한 진공펌프에 접속된다.
도입파이프 118이 흐름조절기 5a를 통하는 디실란(Si2H6)을 포함하는 가스 소오스1, 흐름조절기 5b를 통하는 프로판(C3H8)을 포함하는 가스 소오스 2 및 흐름조절기 5e를 통하는 디보란(B2H6)을 포함하는 가스 소오스 6에 접속된다. 디보란(B2H6)이 헬륨 He에 의하여 감소되고 가스 소오스에 포함되기 때문에 He에 대하여 100ppm의 농도를 갖는다.
두번째 도입포트 115가 수소 라디칼 발생수단 120과 접촉한다. 이 수소 라디칼 발생수단 120은 도파관 22에 의하여 인도된 마이크로파로써 석영파이프 23의 길이방향으로 주위의 전체 부분과 전체영역을 조사하기 위하여 두번째 도입포트 115에 접속되는 그의 한쪽끝 23a 및 후술되는 가스 소오스 7에 접속되는 다른끝 23b가 흐름조절기 5f를 통하는 석영파이프 23의 다른끝 23b의 수소가스 도입포트 25에 인가된 수소(H2)를 통하여 30mm의 직경으로 석영파이프 23에 접속되고 석영파이프 23을 통하여 통과하는 수소가스의 플라즈마를 발생하기 위하여 석영파이프 23을 또는 원통모양부 24a와 24b를 갖는 플라즈마 발생로 24, 석영파이프 23에 마이크로파를 인도하기 위한 도파관 22, 2.45GHz의 마이크로파를 발생하기 위한 마이크로파 발진기 21및 수소가스를 포함하기 위한 가스 소오스7을 포함한다.
또한, 박막 형성장치 110은 그들 사이에 방전영역을 한정하기 위하여 반응용기 26내에 마주보게 제공되고 스테인레스 강철등의 적절한 전도성 물질로 형성되는 첫번째와 두번째 전극 29와 27를 포함한다.
첫번째 전극 29가 반응용기 26에 도입포트 114를 통하여 공급된 원료가스를 공급하기 위한 개구홀 29a들을 갖는다. 이들 개구홀 29a는 도입포트 114로부터 공급된 원료가스가 기판 100의 길이 방향으로 균일하게 방출되도록 제4도에 도시된 바와 같이 상단과 하단부에는 많은 수가 그리고 중심부에는 적은 수가 제공된다.
첫번째 전극 29가 임피던스 매칭박스(도시되지 않았음)와 블로킹 캐패시터 30을 통하는 고주파 전기 소오스 31, 즉 제3도에서와 같이 접지되는 RF 소오스 31(13.56MHz)에 접속된다.
더욱이, 두번째 전극 27은 반응용기 26의 바닥내벽에 설치되고 제3도에 도시된 바와 같이 접지되는 직사각형 평면부 27a를 포함한다. 기판 100이 소정의 위치에서 평면부 27a를 포함한다. 기판 100이 소정의 위치에서 평면부 27a위에 놓여지고, 그 안에 합체된 적절한 전기히터 28에 의하여 가열된다. 이 히터 28은 전원 28a에 의하여 구동된다.
제1도에 도시된 구성의 감광성 부재가 제3도와 제4도에 도시된 박막 형성장치에서 다음의 방법으로 형성될 수 있다.
(1) 첫째 분위기 조건하에 반응용기 26 내지에서 첫번째 전극 29에 대향하여 위치되고, 이 전극 29와의 사이에 중착공간 34를 형성하는 두번째 전극 27위에 알루미늄 A1등의 기판 100을 설정한다.
(2) 다음, 반응용기 26내의 압력이0.2Torr 미만일 때까지 출구포트 116을 통하여 진공펌프 32, 33에 의하여 공기를 반응용기 26으로부터 흘려 보낸다. 다음, 기판 100은 그 안의 압력이 소정의 레벨(0.2Torr)로 유지되도록 원료가스가 도입포트 114와 개구홀들 29a를 통하여 반응용기 26에 연속적으로 유입되는 동안 전기히터에 의하여 소정의 온도(250 ℃)로 가열된다. 진공펌프들 32, 33은 계속적으로 구동된다.
(3) 그후, 흐름조절기들5a, 5b만이 개방되고, 이것에 의하여 가스 소오스1로부터의 디실란 Si2H6과 가스 소오스 6으로부터의 디보란 B2H6이 흐름조절기들 5a, 5e, 파이프 118, 도입포트 114 및 첫번째 전극 29의 개구홀들 29a를 통하여 반응용기 26에 유입된다. 이 경우에, 디실란 Si2H6의 흐름속도가 30SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute : 0℃, 1atm에서의 질량 흐름속도)이고 디보란 B2H6의 흐름속도가 42SCCM이다.
(4) 이 조건하에서 100W의 고주파(RF) 전력이 고주파 소오스 31로부터 첫번째 전극 29에 인가된다. 결과적으로, 디실란 Si2H6과 디보란 B2H6으로 이루어진 원료가스가 중착공간 34에서 분해되고 플라즈마로 된다. 이것에 의하여 붕소(B)가 보다 높은 정도로 도핑된 a-Si : H가 0.56um의 두께로 될때까지 기판 100 위에 형성된다. 이 a-Si-Six: H막이 블로킹층 103이다.
(5) 기판 100위에 블로킹층 103이 형성된 후에 반응용기 26에서의 압력은 약 0.1Torr로 감소되고, 그것으로 유지된다. 이러한 압력 감소 동작과 동시에 흐름조절기 5e는 디보란 B2H6의 흐름속도가 1SCCM이 되도록 조절된다. RF전력은 100W이다.
(6) 붕소(B)가 보다 낮은 정도로 도핑된 a-Si : H는 이것이 3-4um의 두께로 될 때까지 블로킹층 103 위에 형성된다. 이a-Si : H막이 감광성 부재층 104이다.
(7) 감광성 부재 104의 형성후에 박막 형성장치의 막 형성조건이 아래에 표시된 바와 같이 변화되고 표면보호층 104가 감광성 부재 104위에 0.18um의 두께로 형성된다.
압력 : 0.1Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 2SCCM
C3H8의 흐름속도 : 20SCCM
H2의 흐름속도 : 100SCCM
마이크로파 전력 : 380W
즉, 흐름조절기 5e는 압력이 0.1Torr로 설정되고 기판온도가 250℃로 유지되는 조건하에서 감광성 부재 104의 형성후에 닫혀진다. 이것에 의하여, 디보란(B2H6)의 흐름속도가 0SCCM으로 설정된다.
한편, 가스 소오스 1로부터 디실란 Si2H6의 흐름속도가 흐름조절기 5a에 의하여 2SCCM으로 설정될 수 있고, 가스 소오스 2로부터 프로판 C3H8의 흐름속도는 흐름조절기 5b에 의하여 20SCCM으로 설정된다. 디실란 Si2H6과 프로판 C3H8이 도입포트 114를 통하여, 원료가스로서 반응용기 26에 유입된다. 동시에, 가스 소오스 7로부터 수소가스 H2가 가스 도입파이프 25와 도입포트 115를 통하여 흐름조절기 5f에 의하여 반응용기 26에 도입된다. H2의 흐름속도가 100SCCM으로 설정된다.
(8) 이 조건하에서, 100W의 고주파 전력이 고주파 전기 소오스 31로부터 첫번째 전극 29에 인가되고, 동시에 또는 즉시 380W의 마이크로파 전력이 마이크로파 발진기 21에 공급된다.
소정의 RF 전압이 그들 사이에 RF 방전을 야기시키는 RF 전기 소오스 31에 의하여 첫번째와 두번째 전극 29와 27사이에 인가될 때, RF 방전에 의하여 발생된 전자들은 플라즈마 영역이 첫번째와 두번째 전극들 29과 27사이에 형성되도록 원료가스 분자와 충돌한다. RF 방전이 시작될때 첫번째 전극 29의 근처에서 진동되는 전자들이 블로킹 캐패시터 30의 존재에 기인하여 첫번째 전극 29로 포착되기 때문에 첫번째 전극 29의 전위가 네가티브쪽을 향하여 자기 바이어스된다. 석영파이프 23의 수소가스 도입파이프 25로부터 도입된 석영파이프 23의 수소가스가 도파관 22로 보내지고 플라즈마로 되며, 다음 마이크로파에 기인한 수소 라디칼(·H)10이 플라즈마 발생로 24에 주어진다.
이 수소 라디칼(·H) 10이 반응용기 26의 플라즈마 영역 34로 인도된다.
이것에 의하여 수소 라디칼(·H)의 충분한 양이 첫번째 전극 29와 전극 26 사이에 공급되고 탄소의 많은 양(X=0.8)을 포함하는 a-Si1-xCx: H가 형성된다.
그러므로, 이 박막 형성장치가 탄소(C)의 결합 에너지보다 낮은 결합 에너지의 실리콘(Si)과 충분한 결합을 형성한다. 따라서, 이렇게 형성된 a-SiC : H막이 보다 적은 Si 원자들의 댕글링본드(DB)를 가지며 농후하게 된다.
상술한 바와 같은 a-Si 감광성 부재는 충전전압이 500V, 잔류전위가 5V, 조사의 반값이 0.1uJ/cm2인 우수한 전기적인 특성을 갖는다.
더욱이, 이 a-Si : H 감광성 부재가 35℃와 85% RH의 분위기하에서 조차 블루링을 나타내지 않고 방습성(moisture proof characeristic)에 대하여 우수한 특징을 나타낸다.
본 발명의 a-SiC : H가 다음의 다른 실시예들에 의거하여 보다 쉽게 이해된다. 그러나, 이들 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것이고, 본 발명의 범위를 한정하기 위해 구성된 것은 아니다.
[다른 실시예 1]
제3도와 제4도에 도시된 박막 형성장치를 사용하는 상술된 방법에 의하여 기판 100위에 감광성 부재 104와 블로킹층 103을 형성한 후에 표면 보호층 105가 표 1에 표시된 바와 같이 막 형성조건을 설정함으로써 형성된다.
[표 1]
Figure kpo00001
공통 조건 :
압력 : 0.2Torr
RF 전력 : 100W
마이크로파 전력 : 380W
기판온도 : 250℃
r=C3H8/(C3H8+Si2H6)
표 2가 상술된 막 형성 조건들하에서 형성된 a-Si 감광성 부재의 전기적 특성을 나타낸다.
[표 2]
Figure kpo00002
시료번호 C2-3의 a-Si : H 감광성 부재가 35℃와 80% RH의 분위기 조건하에서 블루링을 발생하지 않는다. 더욱이, 시료번호 C2-2는 블루링을 발생하고 시료번호 C2-1은 때때로 블루링을 발생한다.
비교하기 위하여, a-Si 감광성 부재가 제1도에 도시된 종래기술의 RF-CVD 장치를 사용하는 시료번호 C2-3과 같은 막 형성조건하에서 제조된다.
이 a-Si 감광성 부재가 최대로 20(V/μm)의 충전용량을 제공한다.
[실시예 2]
표 3은 제3도와 제4도에 도시된 막 형성장치(HR-CVD)와 제2도에 도시된 종래기술의 RF-CVD 장치에 의하여 평면 기판 100위에 직접 형성된 a-Si : H막들의 물리적 특성을 비교한 것이다.
[표 3]
Figure kpo00003
막 형성 조건 :
압력 : 0.2Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 2.2SCCM
C3H8의 흐름속도 : 20SCCM
H2의 흐름속도 : 100SCCM
마이크로파 전력 : 380W(HR-CVD만)
r=0.9
이들 시료들의 탄소 함량이 Egopt의 값으로부터 거의 동일한 것으로서 생각될 수 있다.
HR-CVD 장치에 의하여 제조된 막의 B값이 다른 장치에 의하여 제조된 B값보다 더 크며 그의 접촉각은 막의 밀도가 증착 공간에 수소 라디칼을 도입함으로써 증가될 수 있기 때문에 또한 증가될 수 있다.
[실시예 3]
표 4는 제3도와 제4도에 도시된 박막 형성장치를 사용하는 파이프 118을 통하여 반응용기 26에 디실란 Si2H6과 함께 프로판 C3H8을 도입하여 제조된 시료번호 C1-4사이의 비교를 나타낸 것이다. 제5도는 프로판 C3H8을 도입하기 위한 방법의 설명도이다. 제5a도는 파이프 118과 도입포트 114를 통하여 디실란 Si2H6과 프로판 C3H8을 공급하는 조건을 나타내고, 제5b도는 석영 파이프 23의 끝부분 23b에 대한 프로판 도입 파이프 25에 프로판 C3H8을 공급하는 조건을 나타낸다.
[표 4]
Figure kpo00004
이 비교는 도입 시스템이 보다 우수한 결과를 제공한다는 것을 시사한다. 도입 시스템 b에서 C3H8이 석영 파이프 23내에서 탄소원자(C)로 분해되고, 이것에 의해 CHn, C2Hn 라디칼들이 증가한다. 이 경우에, 막의 밀도는 증착공간 34의 기판 100위에 형성된 a-SiC : H의 가장 바깥 표면에서 Si-H의 수소가 포착되고, 이것에 의하여 Si원자들이 댕글링 본드가 증가하기 때문에 아마 약해질 것이다.
막 형성 조건 :
압력 : 0.2Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 3SCCM
C3H8의 흐름속도 : 7SCCM
H2의 흐름속도 : 100SCCM
마이크로파 전력 : 360W
r=0.7
[실시예 4]
제6도는 감광성 부재 드럼을 제조하기 위한 박막 형성장치이다. 제3도와 제4도에 도시된 박막 형성장치(HR-CVD)의 두번째 전극 27이 원통형 기판 100Z을 설정하기 위하여 구동모터(도시되지 않았음)에 의해 교대로 구동되도록 원통형으로 형성되고, 첫번째 전극 29는 두번째 전극 27의 전체 환경을 거의 둘러싸는 아칭형 전극으로서 형성되며, 수소 라디칼 도입부 35는 기판 100의 길이방향으로 도입포트 115로부터 공급된 수소 라디칼을 균일하게 도입하기 위해 제공된다. 이 수소 라디칼 도입구 35가 제4도에 도시된 첫번째 전극 29와 동일한 형상으로 형성된다. a-SiC : H막이 이렇게 형성된 박막 형성장치에서 다음의 막형성 조건들을 설정함으로써 형성된다. 이 a-SiC : H막이 앞서 서술된 조건들과 동일한 방법에 의하여 블로킹층 103과 감광성 부재 104를 형성하는 원통형 기판 100Z위에 실시예 1과 같이 형성된다.
막 형성 조건 :
압력 : 0.2Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 2.2SCCM
C3H8의 흐름속도 : 10SCCM
H2의 흐름속도 : 200SCCM
마이크로파 전력 : 540W
r=0.8
표 5는 앞서 설명된 바와 같이 형성된 a-Si 감광성 부재의 특성을 나타낸 것이다.
[표 5]
Figure kpo00005
이 a-Si 감광성 부재 드럼은 위치에 따라 약간 다를지라도 80。-85。의 범위에 있는 접촉각과 높은 방수성을 나타낸다. 이 a-Si 감광성 드럼을 하룻밤 동안 방치하고 두시간동안 코로나 조사를 계속한 후라도 35。와 80% RH의 분위기 조건하에서 환경시험하는 동안 "블루링"이 없는 우수한 프린팅 결과를 보장한다.
[실시예 5]
a-SiC : H막이 제3도와 제4도에 도시된 박막 형성장치(HR-CVD)에 의하여 형성된a-SiC : H막(이하 a-SiC : H ①이라 칭함)과 종래기술의 RF-CVD 장치에 의하여 형성된a-SiC : H막(이하 a-SiC : H ②이라 칭함)을 검사하기 위한 목적으로 동일한 막 형성조건들하에서 A기판 위에 직접 형성된다.
막 형성 조건 :
압력 : 0.2Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 2.0SCCM
C3H8의 흐름속도 : 10SCCM
H2의 흐름속도 : 200SCCM
마이크로파 전력 : 540W(HR-CVD만)
표 6은 서술된 바와 같이 제조된 a-SiC : H막의 특성을 나타낸 것이다.
[표 6]
Figure kpo00006
이들 두 종류의 a-SiC : H막들 사이의 검사 차이점에 있어서, 이 막들은 푸리에의 변환 적외선 분광 분석기(JEC에 의하여 제조된 JIR-3505)를 사용하는 고감도 반사법(IR-RAS)에 위하여 표면 조건을 측정하기 위해 35℃와 80% RH의 분위기 조건하에서 코로나 충전기에 의해 60분 동안 코로나로 조사되었다.
제7도는 IR-RAS의 측정 결과를 나타내는 그래프이다. a-SiC : H②와 비교하여 볼 때, a-SiC : H① 막은 Si-O-Si, Si-OH, H-OH 등의 Si에 대하여 흡광과 산화의 약 1/3이다.
여기서, 두 개의 a-SiC : H막들의 구성의 차이를 검사하기 위해 레이저 라만 분광 측정을 하였다.
제8도는 a-SiC : H막의 구성의 측정 밀도에 대한 레이저 라만 분광 측정의 설명도이다.
여기 레이저 발진을 위해 Ar* 488nm 발진기 21로부터 발진된 레이저가 간섭필터 22를 통과하고 45의 입사각으로써 입사되는 시료 셀 25에 Ar 가스가 미러(mirror) 231, 슬릿 24 및 미터 232를 통하여 공급된다. 시료 50은 기판 100위에 증착된 막이다.
시료 50으로부터 방출된 라만 산란 비임이 슬릿 261, 집광렌즈 27 및 슬릿 262를 통하여 분광계 28에 보내지고 데이터 처리장치 29의 스펙트럼으로 변화되며, 30은 광전자 증배관을 가리킨다. a-SiC : H막의 측정을 위해 JEC에 의하여 제조된 레이저 라만 분광계가 사용된다.
이 측정에 의하여 얻어진 스펙트럼 결과는 TO(약 488cm-1)과 TA(약 150cm-1)의 두 종류의 피크가 a-SiC : H막에 대해 얻어질 수 있다는 것을 나타내고, TO/TA 피크비는 Si 결합의 대칭성의 혼란이나 그 구성의 혼란을 나타내며 이러한 비의 값이 클수록 구성의 밀도가 높다는 것을 나타낸다.
제9도는 종래의 a-SiC : H②막과 비교하여 높은 밀도 밀도a-SiC : H①막의 레이저 라만 분광 측정의 결과를 나타낸 것이다. 결과적으로, a-SiC : H②의 TO/TA가 1.8이고, a-SiC : H①의 그것이 2.4이며 더욱 농후해진다는 것이 증명되었다. 이 효과는 아래에 설명된 이유에 의한 것으로 생각된다.
탄소가 a-SiC : H에 포함되면 Si 네트워크는 어느 정도 혼란이 생긴다. 그 결과, a-SiC : H막의 표면에서 Si의 반응성이 증가하며, 표면은 코로나 조사에 의하여 발생된 오존(O3)에 의해 산화되어 Si-O-Si와 Si-OH로 쉽게 변한다. 그러나, 표면 Si의 반응성이 고밀도 a-SiC : H를 형성함으로써 억제될 수 있고, 더욱이 고습도 조건하에서 코로나 조사에 의해 표면 흡착과 산화가 제거될 수 있어서 블루링을 방지할 수 있는 것으로 생각된다. a-SiC : H막과 TO/TA비의 탄소함량(X) 사이의 관계를 검사를 위하여, 다른 탄소함량(X)의 a-SiC : H막들이 디실란 Si2H6, 프로판 C3H8및 수소 H2의 흐름속도를 변화시킴으로써 제조되어 왔다. 표 7은 흐름속도, 탄소의 함량(X) 및 접촉각 사이의 관계를 나타낸 것이다.
[표 7]
Figure kpo00007
제10도는 탄소함량(X)와 TO/TA의 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제10도로부터 이해될 수 있는 바와 같이, a-SiC : H①막은 2.0이상의 TO/TA 비를 가지며a-SiC : H ②의 막보다 더 높은 막의 밀도를 나타낸다.
a-SiC : H ①막의 a-Si 감광성 부재를 사용하는 35℃와 80% RH의 분위기하에 형성된 영상이 표면 보호층으로서 형성되고, 0.3의 탄소함량으로써 표면 보호층을 갖는 a-Si 감광성 부재가 블루링을 발생시키거나 다른 a-Si 감광성 부재는 블루링을 나타내지 않는다.
a-Si1-xCx: H막의 탄소함량 X가 X≥0.8로 설정되면 풍부한 탄소구성이 얻어지고 보다 낮은 절연 특성과 충전용량이 얻어진다.
그러므로, 일반식 a-Si1-xCx: H에 의하여 표시된 최적 수소첨가 비결정 실리콘 탄화물이 480cm-1의 근처에서 나타나는 피크(TO) 진폭과 탄소함량(X)이 0.4≤X≤의 범위에 있고, 2.0 이상의 Ar*488nm의 여기 레이저를 사용하는 레이저 라만 분광 측정에 의하여 관찰된 150 cm-1의 근처에서 나타나는 피크(TA)의 진폭의 비(TO/TA)를 가져야 한다.
실시예 1 내지 5의 각 값들이 다음에 서술된 측정 방법에 의하여 측정된다.
(1) 접촉각 :
20ul의 순수한 물을 마이크로실린더(Eppendorron에 의하여 제조된 4870형)에 의하여 수형으로 놓여진 시료위에 떨어뜨리고 물방울들은 스트레이트의 측면으로부터 카메라(Mamiya에 의해 제조된 R267)에 의하여 받아들여지고 높이 h와 물방울의 폭 d로부터 계산하기 위해 공식 2(h/d)=tanθ을 이용한다.
(2) Egopt의 측정 :
UV 분광계(Hitachi에 의하여 제조된 UV-3400)를 사용하여 기판 위에 증착된 a-SiC : H막의 200-800nm의 파장에서의 흡수를 측정한다. 또한, 공식(1)을 이용하여 광밴드 갭(Egopt)과 B값을 얻는다. B값은 막 밀도의 기준으로서 밴드의 끝부분의 기울기를 나타낸다.
α(W) = B(hW-Egopt)2/hW‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥(1)
여기서, θ(W) : 흡수계수
W : 진동수
h : 플랑크 상수
(3) 충전전압 :
이 값은 종이 분석기(Kawaguchi Electric에 의하여 제조된 모델 SP-428)를 사용하여 얻어진다.
(4) 잔류전위 :
(3)의 장치에 의하여 충전된 시료가 0.476 X102mW/m2의 양과 675nm의 파장을 광 비임으로써 조사되고, 최소 충전에 대한 전위가 잔류전위 Vr로서 정의된다.
(5) 다크(dark) 감쇠시간 :
(3)의 장치를 사용하여 시료를 충전한 후에 충전전압이 1/2로 감소될 때까지의 시간은 다크 감쇠시간 t1/2로서 정의된다.
제11도는 박막 형성장치의 두번째 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 제11도에 도시된 실시예에서 박막 형성장치는 반응용기 26의 두번째 전극 27 위에 놓인 기판 100의 길이바향을 따라 수소 라디칼 발생장치 120에 의하여 발생된 수소 라디칼(·H)을 균일하게 도입하는 수소 라디칼 도입장치 42를 제3도와 제4도에 대한 반응용기 26과 수소 라디칼 발생장치 120 사이에 제공한다.
제12도에 도시된 바와 같이, 이 수소 라디칼 도입장치 42는 하부의 폭이 증가하는 도입장치의 외벽 43과 내벽 44를 동심으로 배열하고 이들 벽을 홀딩로드 45a, 45b, 45c 및 45c···와 결합시킨다. 수소 라디칼 도입장치 42의 끝부분 42a가 수소 라디칼 발생장치 120, 즉 석영 파이프 23의 끝부분과 접속된다. 수소 라디칼 도입장치 42의 전체 부분이 진공용기 26내에 배열되고, 한편 수소 라디칼 도입장치 42의 열려진 끝 42b가 증착공간 34에 반대쪽에 제공된다.
막의 형성동안 플라즈마 발생로 24에 발생된 수소 라디칼이 수소 라디칼 도입장치 42의 외벽 43과 내벽 44를 통하여 증착공간 34에 균일하게 펼쳐진다. 이 경우에, 균일성이 외벽 43의 끝부분 43a의 개구직경 d1, 내벽 44의 끝부분 44a의 개구직경 d2, 외벽 43의 끝부분 43d의 개구직경 D1 및 내벽 44의 끝부분 44d의 개구직경 D2에 의하여 조절될 수 있다.
상술된 바와 같이, 증착공간 34에 수소 라디칼을 공급하는 것이 균일하게 실행되고, 기판 100위에 형성된 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물의 막 특성의 균일성이 실현될 수 있다.
제13도는 세번째 실시예의 설명도이다. 이 실시예는 드럼형 기판에 제12도에 도시된 두번째 실시예를 적용하는 것을 나타낸다.
이 실시예에서, 첫번째 전극이 분리된 두개의 전극들 29b, 29c에 의해 형성되고, 그의 각각의 RF 소오스 31과 접속된다. 더욱이, 히터 52가 원통형으로 형성된다. 기판 102는 a-Si 감광성 드럼에 대한 80mm의 직경과 260mm의 길이의 알루미늄 회로판이다.
제14도에 도시된 바와 같이, 수소 라디칼 도입장치 51은 하부에서 폭을 확장하는 외벽 55a, 55b와 내벽 56a, 56b를 측판 53a, 53b와 결합시킴으로써 형성된다. 수소 라디칼 도입장치 51이 직사각형 단면도를 갖는 석영 파이프 23의 끝부분 23a에 접속되고 진공용기 26내의 증착공간 54에 반대쪽에 제공된다. 수소 라디칼이 개구 50c로부터의 내벽 56a와 56b 사이의 통로의 외벽 55a, 내벽 56a 및 외벽 55b와 내벽 56b 사이의 통로를 통하는 증착공간 54에 수소 라디칼 도입장치 51의 끝부분 51a의 개구 50A, 50b로부터 공급된다.
막 형성을 위하여 원료가스 (Si2H62SCCM과 C3H810SCCM)가 도입포트 114로부터 첫번째 전극 29b를 통하여 반응용기 26에 도입되고 200SCCM의 수소(H2)가 수소가스 도입장치 25로부터 도입된다. a-SiC : H막은 기판 102의 온도가 250℃, 반응용기 26의 압력이 0.2Torr, RF 전력이 100W 및 마이크로파 전력이 540W인 조건하에서 형성된다.
표 8은 수소 라디칼 도입장치 51의 존재에 따라 원통형 기판 102의 끝부분과 중심부에서의 막의 차를 나타낸 것이다.
[표 8]
Figure kpo00008
그런데, 수소 라디칼 10이 자연히 그의 수명을 가지며 기판 100, 즉 증착공간 34와 수소 라디칼 발생영역 사이의 거리 D가 좀더 길어지면, 수소 라디칼의 양은 이것이 증착공간 34에 도달하는 동안 감소된다. 즉, 제15도에 도시된 바와 같이 거리 D가 좀더 길어지면 방출된 광의 강도가 낮아지며, 이것에 의하여 수소 라디칼의 농도가 낮아진다.
제13도의 시스템에서 도파관 22, 플라즈마 발생로 24 및 석영파이프 23을 포함하는 대규모 장치가 수소 라디칼을 발생하기 위해 사용되므로, 거리를 작게 하는데에 한계가 있다.
구성의 밀도를 표시하는 광 밴드 갭 Egopt와 B값이 a-SiC : H의 막 특성을 검출하기 위해 매우 중요하고 균일한 막 특성이 얻어질 수 있으며 막 형성 속도는 수소 라디칼 도입장치 51을 추가함으로써 동일하게 된다. 실험으로써, 제14도의 비 h2/h1이 0.1-0.5로 변하고 비 H2/H1이 0.3-0.7로 변한다. 그러나, 표 1의 결과가 h2/h1=0.2, H2/H1=0.5일때 얻어지며, 또한 최적 결과가 얻어질 수 있다.
제14도에 도시된 수소 라디칼 도입장치 51이 제11도에 도시된 두번째 실시예와 동일한 방법으로 평평한 기판 100위에 막을 형성하기 위해 또한 사용될 수 있다.
다른 시스템으로서, 반응용기에 마이크로파를 직접 공급하고 기판의 근처에서 원료가스와 수소가스를 분해하기 위한 시스템이 또한 고려될 수 있지만 이 시스템은 원료가스가 마이크로파에 의하여 분해되고 기판위에 증착된 막이 마이크로파에 노출되기 때문에 막 특성을 감소시키는 가능성이 있다.
제16도는 고질의 막을 효과적으로 형성할 수 있는 박막 형성장치의 실시예를 나타낸 것이다.
제16도에 도시된 바와 같이, 수소 라디칼(·H) 10이 네번째 실시예의 반응용기 26내에 발생된다. 즉, 수소 라디칼 발생기 60은 동축 케이블 61을 통하여 마이크로파 발진기 21에 접속된 안테나 62, 소오스(도시되지 않음)로 부터 수소가스가 수소가스 도입 파이프 63을 통하여 도입되는 박스형 용기 62, 및 박스형 용기 64의 수소 라디칼 취입(吹入)포트 65로부터 기판 100쪽으로 이동되지 않도록 박스형 용기 64에 방출된 마이크로파를 차단하는 차단부재 66을 포함한다.
제17도에 상세히 도시된 바와 같이, 수소 라디칼 발생기 60은 취입포트 65를 가지는 박스형 용기 64, 안테나 62 및 차단부재 66을 포함한다. 용기 64가 30cm(높이), 3cm(폭) 및 5cm(깊이)의 크기를 갖는다. 가스 도입 파이프 63은 용기 64의 길이방향을 따라 형성된 가스 도입 통로 64a에 수소가스를 공급하기 위해 용기 64의 상단부에 접속된다. 다음, 공급된 수소가스는 가스 도입 통로 64에 제공된 개구홀 64B로부터 용기 64에 도입된다.
더우기, 동축 케이블 62는 용기 64에 접속되고 안테나 62는 석영으로 덮여진 1.0mm의 직경으로 스테인레스 로드에 의해 형성되며, 용기 64의 동축 케이블 62에 접속되고, 상·하방향으로 확장된다. 안테나 62의 덮개로서 석영은 절연체, 플루오르화수지, 유리 또는 SiC 등으로 대치될 수 있으며 열에 견디고 가스를 발생하지 않는 것들이 사용될 수 있다.
차단부재 66은 5mm의 간격을 갖는 0.5mm의 직경으로 스테인레스 철선망사(mesh)형으로 형성되고 취입포트 65에서 상·하방향으로 확장하여 부착된다. 이 수소 라디칼 발생기 60은 기판 100으로부터 100mm만큼 떨어진 위치에서 반응용기 26내에 제공된다.
기판 100은 도시되지 않은 10 X20cm의 기판 홀더에 의해 홀드된 두번째 전극 27 위에 설정되어 접지되고 이 기판위에 형성된 막이 다음의 절차로 처리된다.
마이크로파 발진기 21에 의하여 발생된 마이크로파가 동축 케이블 61에 의하여 안테나 62로 보내지고 가스 도입 파이프 63으로부터 보내진 H2가스는 안테나 62에 의하여 발생된 마이크로파에 의해 분해되며 수소 라디칼 10으로 된다. 이 수소 라디칼 10이 기판 100위에 덮혀진다. 여기서, 차단부재 66이 수소 라디칼 발생기 60의 수소 라디칼 취입포트 65에 부착되며 마이크로파는 차단부재 66에 의해 차단되고, 용기 64의 바깥으로 누설되지 않는다. 한편, 원료가스(Si2HG6+C3H8)은 원료가스 도입장치 114로 부터 도입되고, 증착공간 34로 취입된다. 이 가스가 RF 소오스 31로부터 RF 전력에 의해 두개의 전극을 29, 27 사이에서 발생된 RF 방전에 의하여 분해되고 히터 28에 의해 가열된 기판 100위에 a-SiC : H막으로 증착된다. 진공용기 26의 내부 압력이 배기시스템 32, 33에 의해 조절된다. 원료가스가 분해되고 고주파 방전으로 증착되는 동안, 막포면은 수소 라디칼 발생기 60으로부터 발생된 수소 라디칼 10에 의해 덮여지고, 이것에 의하여 a-SiC : H막의 구성밀도가 개선될 수 있다. 막을 형성하는 동안 수소 라디칼 발생기 60과 증착공간 34(기판 100) 사이의 거리는 상술된 바와 같은 수소 라디칼 발생기 60으로부터 마이크로파의 누설을 방지하고 라디칼이 증착 공간에 효과적으로 보내질 수 있도록 마이크로파에 대한 기판의 노출과 마이크로파에 의한 원료가스의 분해없이 약 100mm까지 쌓아질 수 있다. 더욱이, 실로콘계 파우더와 RF 방전에 의한 원료가스의 분해를 통하여 발생된 막이 마이크로파에 대한 안테나 62에 쉽게 부착되지 않는다. 실리콘 파우더는 원료가스의 유량보다 10 내지 1000배의 유량으로 H2 가스를 안테나 62의 근처에서 흘리므로써 안테나 62에 쉽게 부착되지 않으며 이 효과는 차단부재 66을 부착시킴으로써 일층 향상된다.
다음, 이 장치에 의한 구체적인 막 형성조건과 이 조건에 의해 형성된 막의 특성에 대하여 설명한다.
막 형성조건은 압력 0.2Torr, 기판온도 250℃, RF 전력 100W, Si2H62SCCM, C3H8, 10SCCM, H2 200SCCM, 마이크로파 전력 500W이다.
제18도는 이러한 조건에 의해 형성된 a-Si1-xCx: H막(x=0.6)의 라만 분광 측정의 결과의 예이다. TO/TA 피크 강도비는 막에서의 Si-Si 결합 구성의 혼란이나 그 대칭성의 혼란이 적음을 나타내며, TO/TA비가 클수록 혼란이 적다는 것을 나타낸다. 제18도로부터 본 발명의 장치에 의해 형성된 a-SiC : H 막은 보다 높은 TO/TA비를 가지며 더욱 농후해지고, 종래 기술에 의해 형성된 막보다 개선된 막 특성을 갖는다.
상기 설명의 실시예에서, 평평한 형태의 기판이 사용되고 또한 원통형 기판 홀더 위에 부착된 기판위에 막을 형성하는 것이 가능하다. 이 경우에, 기판은 막이 형성되는 동안 회전한다. 표면 보호층으로서 이러한 원통형 기판을 사용하는 장치에 의해 형성된 a-SiC : H막을 사용하는 a-Si 감광성 부재가 55V/um의 충전 용량을 가지며 동일 조건하에서 35℃와 80% RH의 분위기하에서 코로나 조사를 계속한 후에 하룻밤 동안 방치한 경우에 어떠한 블루링도 나타내지 않으며 또한 양호한 방습성을 나타낸다.
상기 설명에서, 차단 부재가 망사형태로서 형성되지만 마이크로파를 차단하는 다른 부재, 예를들면 일정한 간격을 갖는 리드(lead) 와이어형 로드들로 대치될 수 있다.
제19도는 다섯번째 실시예의 설명도이고 다수의 수소 라디칼 발생장치들이 제공되는 점이 세번째 실시예와 다르기 때문에 수소 라디칼이 도입포트를 115-1, 115-2를 통하여 두개 또는 그 이상의 방향으로부터 증착 공간과 기판에 보내진다.
첫번째와 두번째 수소 라디칼 발생장치들 120-1, 120-2가 제13도에 의거하여 설명된 수소 라디칼 발생장치 120과 동일한 구성을 가지며 수소 라디칼 도입장치들 51-1, 51-2는 제14도에 도시된 구성을 갖는다.
이 실시예에 따라 수소 라디칼이 증착공간 또는 기판에 두개 이상의 방향으로부터 보내지면, 수소 라디칼은 균일하게 공급될 수 있고 그것에 의하여 a-SiC : H막의 밀도가 상당히 개선될 수 있다.
이러한 구성의 장치에 의한 표면 보호층의 막 형성조건의 예는 다음과 같다.
압력 : 0.2Torr
기판온도 : 250℃
RF 전력 : 100W
Si2H6의 흐름속도 : 2SCCM
C3H8의 흐름속도 : 10SCCM
H2의 흐름속도 : 200SCCM
마이크로파 전력 : 500W
H2의 200SCCM의 전체에 대하여 100SCCM이 첫번째와 두번째 수소 라디칼 발생장치 120-1, 120-2의 수소가스 도입 파이프 25-1, 25-2로부터 각각 공급된다. 각 수소가스가 플라즈마 발생로 24-1, 24-2에서 분해되어 수소 라디칼 10으로 되며 두 방향으로부터 기판 102에 공급된다.
0.56um의 두께로 높은 B로 도핑된 a-SiC : H막과 10um의 두께로 낮은 B로 도핑된 a-SiC : H막의 블로킹층 위에 상술된 조건하에서 0.2um의 a-SiC : H의 표면 보호층을 형성하는 a-Si 감광성 부재는 35℃와 80% RH의 분위기하에서 두시간동안 코로나 조사를 계속한 후에도 블루링을 발생시키지 않으며 이와 같이 계속되는 코로나 조사로부터 하룻밤동안 방치한 후에도 여전히 발생시키지 않는다.
제14도에 도시된 구성의 수소 라디칼 도입장치들 51-1, 51-2가 석영 파이프들 23-1, 23-2의 끝부분들에 각각 접속되고 도파관 22-1, 22-2를 통하여 마이크로파 발진기를 21-1, 21-2로부터 공급된 마이크로파에 의하여 플라즈마 발생로들 24-1, 24-2에서 발생된 수소 라디칼은 기판 102의 수직방향으로 분산되며 증착공간 34로 균일하게 흐른다. 그러므로, 수소 라디칼 도입장치들 51-1, 51-2가 추가되건 추가되지 않는 경우의 TO/TA의 비교 결과가 표 9에 표시된다.
[표 9]
Figure kpo00009
표 9로부터 기판의 상단부, 중심 및 하단부에서의 TO/TA비의 차이가 도입장치들 51-1, 51-2를 추가함으로써 감소될 수 있다는 것이 분명해진다.
제20도는 여섯번째 실시예의 설명도이고 마이크로파 발진기가 두개의 수소 라디칼 발생장치들 120-1, 120-2에 대해 공통으로 사용된다는 점이 제19도에 도시된 다섯번째 실시예와 다르다.
제20도에 도시된 바와 같이, 하나의 마이크로파 발진기 21로부터 출력된 마이크로파 전열체 72를 통과하고, 다음 수소 라디칼 발생장치들 120-1, 120-2의 도파관들 22-1, 22-2로 마이크로파 배전기 71에 의해 분할된다.
도파관 22-1, 22-2에는 전력모터들, 73-1, 73-2와 결합(matching) 장치들 74-1, 74-2가 제공된다. 더욱이, 마이크로파 발진기 21의 마이크로파 전력은 800W이다.
이같은 구성으로서 마이크로파 발진기의 21의 주기가 두개의 수소 라디칼 발생장치 120-1, 120-2와 동일하고, 주기의 편이에 의하여 야기된 반사가 증가하고, 이것에 의하여 플라즈마가 안정조건내에서 유지될 수 있다.
따라서, 이 실시예는 장기간동안 안정한 막의 형성을 실현할 수 있다.
제20도에 도시된 구성에서 표면 보호층 형성조건이 압력 0.2Torr, 기판온도 25℃, RF 전력 100W, Si2H62SCCM, C3H810SCCM, H2200SCCM, 마이크로파 전력 800W로 설정되고, 100SCCM은 제5도의 실시예의 경우와 같이 200SCCM의 H2의 전체에 대해 두 방향으로부터 각각 공급된다.
결과적으로, 반사는 1/3로 감소하는 마이크로파 발진기를 사용하는 경우와 비교하여 볼때 1/2로 감소되었고 주기적으로 발생된 플라즈마의 불안정한 동작이 제거될 수 있다. 이것에 의하여 장기간동안 계속되는 막 형성이 지금부터 실현될 수 있다.
0.56um의 두께로 더 높은 B로 도핑된 a-SiC : H막으로서의 블로킹층이 원통형 Al 기판위에 형성되고, 한편 10um의 두께로 더 낮은 B로 도핑된 a-SiC : H막으로서의 감광성층이 형성되며, 표면 보호층은 상술된 막 형성조건에서 0.15um의 두께로 증착된다. 이렇게 형성된 표면 보호층을 가지는 a-SiC : H 막이 35℃와 80% RH의 분위기에서 두시간 동안 코로나를 계속한 후에도 블루링을 발생시키지 않으며 이와 같은 계속되는 조사로부터 하룻밤 동안 방치한 후에도 여전히 블루링을 발생시키지 않는다.
제21도는 제11도에 도시된 박막 형성장치 110의 변형을 나타낸 것이다. 제21도에서 제11도의 부분과 유사한 부분은 동일참조 번호로 표시된다. 변형된 장치는 첫번째 전극 29가 홀로우(hollow) 음전국 29A로 대치되고 제14도에 도시된 것과 같은 수소 라디칼 도입장치 51이 추가되는 것을 제외하고는 제11도와 동일하다.
이 실시예에서, 홀로우 음전극 29A는 직사각형 평변부 29h와 그의 세로축을 따라 평면부 29h 로부터 완전히 도출된 수직부 29g을 포함한다. 수직부 29g가 그 안에 형성된 직사각형 홀로우 공간 29j를 가지며 평면부 29h로 확장하고 그의 방전 표면에서 개방된다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 수직부 29g는 서로 배열되고 그의 헤드에 형성된 다수의 개구홀들 29i를 갖는다. 전극 29A는 반응용기 26의 축벽에 지지되어 있다.
특히, 수직부 29g의 헤드가 반응용기 26의 축벽을 통하여 돌출되고 절연체(도시되지 않았음)의 매개물을 통하여 반응용기 26의축벽에 부착되며, 도입포트 114가 정의되는 헤더요소 114a는 도입포트 114가 개구홀들 29i를 통하여 홀로우 공간 29i와 통신하는 것과 같은 방법으로 수직부 29g의 헤드 상단에 설치된다.
이 동작에서, 첫번째 공기는 반응용기의 압력이 10-3Torr보다 더 낮아질때까지 진공펌프 32에 의하여 출구포트 116을 통하는 반응용기 26으로부터 얻어진다. 기판 100은 그 안에서의 압력이 약 0.01과 0.3Torr로부터 소정의 레벨로 유지되도록 원료가스가 도입포트 114, 개구홀들 29I 및 홀로우 공간 29j를 통하여 반응용기 26에 연속적으로 도입되는 동안 전기 히트 28에 의하여 소정의 온도로 가열된다. 진공펌프 32, 33이 계속적으로 구동된다.
소정의 RF 전압이 RF 전기 소오스 31에 의하여 첫번째와 두번째 전국 29A와 27 사이에 인가되어 그 전극들 사이에서 RF 방전을 야기시킬 때 RF 방전에 의하여 발생된 전자들이 원료가스 분자들과 충돌하기 때문에 플라즈마 영역은 첫번째와 두번째 전극들 29A와 27 사이에 형성된다. RF 방전이 시작될 때, 첫번째 전극 29A의 근처에서 진동하는 전자들은 첫번째 전극 29A에 의해 포획된다. 만약, 두번째 전극 27의 평면부 29h가 첫번째 전극 29A의 평면부 29h의 그것보다 더 작으면 첫번째 전극 29A에 의한 전자들의 포획이 쉬워진다.
첫번째 전극 29A가 포획된 전자들과 포화되면, 첫번째와 두번째 전극들 29A와 27은 홀로우 공간 20C에 존재하는 전자들이 홀로우 공간벽으로부터 수신되는 전자들을 전기 반발작용에 의해 빠르게 진동시키도록 직접 전류전압이 그들 사이에 인가될지라도 각각 음극과 양극으로 된다.
즉, 홀로우 공간 29i의 전자들과 원료가스 분자들 사이의 충돌가능성이 상당히 향상되기 때문에 고밀도 플라즈마는 방전 영역의 중심부에서 발생되며, 홀로우 공간 29j의 근처에 있다.
그 결과, 원료가스는 고밀도 플라즈마에 직접 도입되고 활성공간은 종래의 RF 방전 플라즈마가 조력되는 CVD 처리와 비교하여 볼때 원료가스로부터 효과적으로 분리된다. 더욱이, 마이크로파 발진기 21이 RF 전째 전극들 29A, 27 사이에 형성된 플라즈마 영역 34에 공급된다.
제22도는 여덟번째 실시예의 설명도이다. 이 실시예에서 수소 라디칼 발생장치 120은 광 CVD 장치 130에 부착된다.
광 CVD 장치 130은 반응용기 26, 반응용기 26에 원료가스를 공급하기 위한 도입파이프 118, 반응용기 26이 통하도록 하기 위해 출구포트 116과 회전펌프 33에 접속된 기계적 부스터 펌프 32를 포함하는 진공펌프, 기판 100을 가열하기 위한 히터 28, 기판 100을 홀딩하면서 히터 28과 함께 회전하는 기판홀더 131, 반응용기 26의 외부로부터 빛으로 기판홀더 131을 조사하는 광원(미도시)으로 형성되고 플라즈마 조건을 얻기 위하여 도입파이프 118로 부터 도입된 원료가스를 분해한다.
수소 라디칼 발생장치 120의 석영 파이프 23의 끝부분 23a가 제4도에 도시된 실시예의 경우와 같이 도입포트 115를 통하여 광 CVD 장치에 접속된다.
그러므로, 이 광 CVD 장치 130이 기판홀더 131의 근처에서 많은 양의 수소 라디칼을 제공할 수 있다.
제23도는 아홉번째 실시예의 구성의 설명도이다. 이 도면에서 70은 수소 라디칼 발생장치를 나타낸다. 종래의 그들과 유사한 부재들이 유사한 참조번호들로 나타내어진다.
수소 라디칼 발생장치 70은 음극 71, 양극 72, H2가스 공급포트 73, 전원 74에 접속된 음극 71과 양극 72를 제공하는 아크 방전시스템이다. 75는 절연체를 나타낸다. 즉, 이 실시예는 수소 라디칼 발생장치로서 아크 방전 시스템 수소 라디칼 발생장치 70을 사용한다. 이 장치 70은 글로우 방전보다 높은 전류가 전원 74로부터 공급된 경우에 급속히 증가한 직후 약 1/10로 방전 지지 전압을 낮게 한다. 음극 71이 적색으로 될때까지 가열되어 핫(hot) 전자를 방출시킨다. 이것에 의하여, 플라즈마가 열적 평형조건에 있고, 여기서 전자온도는 가스온도와 거의 동일하게 되며, 이것에 의하여 H2가스는 거의 100% 플라즈마 조건에서 해리된다. 마이크로파를 사용하여 얻어진 가스의 그것보다 더 큰 수소 라디칼 비를 가지는 가스는 기판 100의 근처에서 영역에 발생된 아크 로드(arc rod) 76을 확장함으로써 얻어질 수 있다.
상술된 각 실시예에서, 디실란 SiH6, 프로판 C3H8및 디보란 B2H6이 원료가스로서 사용되지만 일반적으로 SinH3n, CnH2n+2, BnHn으로 표현되는 가스들을 조합하여 사용할 수도 있다.
전술된 내용이 본 발명의 바람직한 실시예만 관한 것이고, 개시의 목적으로 여기에서 선택된 본 발명의 실시예가 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어남이 없이 구성되는 모든 변화와 변경을 포함하는 것에 관한 것임이 이해될 수가 있다.

Claims (20)

  1. 기판위에 표면 습윤성을 감소하기 위한 성분을 포함하는 수소첨가 비결정질 물질의 조밀하고 얇은 보호막을 형성하기 위한 박막 형성장치에 있어서, 첫번째 도입수단, 플라즈마 발생수단, 두번째 도입수단, 및 수소 라디칼 발생수단으로 구성되어, 기판이 반응용기내에 놓이고, 첫번째 도입수단이 상기 반응용기에 원료가스를 도입하고, 플라즈마 발생수단이 상기 반응용기에서 플라즈마를 발생시키고, 두번째 도입수단이 수소가스를 도입하고, 수소 라디칼 발생수단이 상기 두번째 도입수단에 의하여 공급된 수소가스를 분해함으로써 수소 라디칼을 발생시키며, 발생된 수소 라디칼이 반응용기내의 상기 기판에 보내는 것을 특징으로 하는 박막 형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 장치가 상기 수소 라디칼을 상기 기판에 균일하게 보내기 위한 수소 라디칼 도입장치를 더 포함하는 박막 형성장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 첫번째 도입수단이 디실란을 함유하는 가스 소오스(1)와 프로판을 함유하는 가스 소오스를 포함하는 박막 형성장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생수단이 고주파 전력의 공급을 받는 첫번째 전극과 접지된 두번째 전극의 박막 형성장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수소 라디칼 발생수단이 마이크로파 발진기, 마이크로파를 인도하기 위한 도파관, 수소가스가 인가되는 석영 파이프 및 도파관을 통하여 인도된 마이크로파를 상기 석영 파이프에 인가하기 위한 플라즈마 발생로를 포함하는 박막 형성장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 수소 라디칼 발생수단이 다수개로 제공되는 박막 형성장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수소 라디칼 발생수단이 상기 반응용기에 수소 라디칼을 발생하는 박막 형성 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수소 라디칼 발생수단이 마이크로파 발진기, 상기 반응용기내에 제공되고 수소 라디칼 취입포트가 있는 수소 라디칼 발생용기, 상기 용기에 수소가스를 공급하기 위한 수소가스 도입파이프, 상기 용기에 제공되고 마이크로파를 수신하는 안테나, 마이크로파를 상기 마이크로파 발진기로부터 상기 안테나에 인도하기 위한 부재 및 수소 라디칼의 흐름과 마이크로파 차단을 허용하기 위하여 상기 취입포트에 제공되는 차단부재를 포함하는 박막 형성장치.
  9. 제8항에 있어서, 마이크로파 차단 부재가 철선망사로서 형성되는 박막 형성장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 수소 라디칼 발생수단이 마이크로파 발진기, 수소가스가 각각 공급되는 다수의 석영 파이프 및 하나의 마이크로파를 상기 하나의 마이크로파 발진기로부터 각 석영 파이프에 인도하기 위한 도파관을 포함하는 박막 형성장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 장치가 디보란을 함유하는 가스 소오스를 더 포함하는 박막 형성장치.
  12. 기판 위에 표면 습윤성을 감소하기 위한 성분을 포함하는 수소첨가 비결정질 물질의 조밀하고 얇은 보호막을 형성하기 위한 박막 형성방법에 있어서, (a) 기판이 설정되는 증착 공간내에 상기 물질을 형성하는데 적합한 원료가스의 플라즈마를 발생하므로써 상기 막을 형성하는 단계와, (b) 수소가스를 분해함으로서 수소 라디칼을 발생하는 단계와, (c) 상기 막 표면을 덮기 위한 기판 근처의 상기 증착 공간에 충분한 양의 수소 라디칼을 도입하는 단계로 이루어지는 박막 형성방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 수소 라디칼이 마이크로파 수소의 충돌에 의하여 발생되는 박막 형성방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 수소 라디칼이 다수의 방향으로부터 상기 증착 공간에 도입되는 박막 형성방법.
  15. (a) 반응용기내에 전자사진용으로 사용하기 위한 전도성 기판을 설정하는 단계와, (b) 반응용기내의 압력을 감소시키는 단계와, (c) 감소된 압력 반응용기내에 SinH3n(n≥2) 가스와 BnH3n가스를포함하는 첫번째 원료가스를 도입하여 이 첫번째 원료가스로부터 플라즈마를 발생시킨 후, 기판상에 B(붕소)가 도핑된 a-SiC : H 감광성 부재를 형성하는 단계와, (d) 감소된 압력 반응용기에 SinH3n가스와 CnH|2n+2가스를 포함하는 두번째 원료가스를 도입하여 이 두번째 원료가스로부터 플라즈마를 발생시킨 후, 상기 a-SiC : H 감광성 부재위에 a-SiC : H 표면 보호층을 형성하는 단계와, (e) 상기 용기에 두번째 원료가스의 도입과 동시에, 보호층의 표면을 덮기 위하여 감광성 부재의 근처에 반응용기의 충분한 양의 수소 라디칼을 도입하는 단계로 이루어지는 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물의 형성방법.
  16. Ar*488nm의 여기 레이저를 사용하는 레이저 라만 분광 측정에 의하여 관찰된 150cm-1의 근처에 나타나는 피크(TA) 진폭과 480 cm-1의 근처에 나타나는 피크(TO) 진폭의 비(TO/TA)가 2.0 이상이고 탄소함량(X)이 0.4≤X≤0.8의 범위에 있는 구성으로 이루어지고, 일반식 a-Si1-xCx: H로 표현되는 수소첨가 비결정질 실리콘 화합물.
  17. 기판상에 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물질을 증착하기 위한 박막형성장치에 있어서, 반응용기, 표면에 비결정질 실리콘층을 갖는 기판을 상기 반응용기내의 증착공간에 지지시키기 위한 수단, 탄소원자와 실리콘원자를 포함하는 원료가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 수소가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 및 상기 반응용기내에 도입된 수소가스를 분해하여 수소 라디칼을 발생시키기 위한 수소 라디칼 발생수단으로 구성되어, 비결정질 실리콘 탄화물 물질의 막이 상기 지지수단상의 기판의 비결정질 실리콘층상에 형성시키게 하고, 상기 수소 라디칼 발생수단과 상기 수소가스 도입수단이 상기 지지수단상이 기판의 근처에 증착공간내에 충분양의 수소 라디칼을 도입하기 위하여 함께 동작가능한 박막 형성장치.
  18. 기판상에 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물 물질을 증착하기 위한 박막 형성장치에 있어서, 반응용기, 감광성 부재를 상기 반응용기내의 증착공간에 지지시키기 위한 수단, 탄소원자와 실리콘원자를 포함하는 원료가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 원료가스로부터 플라즈마를 상기 반응용기내에 발생시키기 위한 수단, 수소가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 및 상기 반응용기내에 도입된 수소 가스를 분해하여 수소 라디칼을 발생시키기 위한 수소 라디칼 발생수단으로 구성되어, 비결정질 실리콘 탄화물 물질의 막이 상기 지지수단상의 감광성 부재상에 형성시키게 하고, 상기 수소 라디칼 발생수단과 상기 수소가스 도입수단이 상기 지지수단상의 감광성 부재의 근처에 증착공간내에 충분한 양의 수소 라디칼을 도입하기 위하여 함께 동작 가능한 박막 형성장치.
  19. 기판상에 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물 물질을 증착하기 위한 박막 형성장치에 있어서, 반응용기, 기판을 상기 반응용기내의 증착공간에 지지시키기 위한 수단, 상기 지지수단상의 기판의 표면에 비결정질 실리콘층을 형성하기 위한 수단, 탄소원자와 실리콘원자를 포함하는 원료가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 원료가스로부터 플라즈마를 상기 반응용기내에 발생시키기 위한 수단, 수소가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 및 상기 반응용기내에 도입된 수소가스를 분해하여 수소 라디칼을 발생시키기 위한 수소 라디칼 발생수단으로 구성되어, 비결정질 실리콘 탄화물 물질을 막이 상기 지지수단상의 기판상의 비결정질 실리콘층상에 형성시키게 하고, 상기 수소 라디칼 발생수단과 상기 수소가스 도입수단이 상기 지지수단상의 기판의 근처에 증착공간내에 충분한 양의 수소 라디칼을 도입하기 위하여 함께 동작가능한 박막 형성장치.
  20. 기판상에 수소첨가 비결정질 실리콘 탄화물 물질을 증착하기 위한 박막 형성장치에 있어서, 반응용기, 기판을 상기 반응용기내의 증착공간에 지지시키기 위한 수단, 상기 지지수단상의 기판의 표면에 감광성 부재를 형성하기 위한 수단, 탄소원자와 실리콘원자를 포함하는 원료가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 원료가스로부터 플라즈마를 상기 반응용기내에 발생시키기 위한 수단, 수소가스를 상기 반응용기내에 도입하기 위한 수단, 및 상기 반응용기내에 도입된 수소가스를 분해하여 수소 라디칼을 발생시키기 위한 수소 라디칼 발생수단으로 구성되어, 비결정질 실리콘 탄화물 물질을 막아 상기 지지수단상의 기판상의 감광성 부재상에 형성시키게 하고, 상기 수소 라디칼 발생수단과 상기 수소가스 도입수단이 상기 지지수단상의 감광성 부재의 근처에 증착공간내에 충분한 양의 수소 라디칼을 도입하기 위하여 함께 동작 가능한 박막 형성장치.
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