KR910007157B1 - 박막형성장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

박막형성장치

제1도는 종래의 클러스터 이온 비임 용착장치의 구성도.

제2도는 상기 장치의 도가니와 필라멘트의 배치도.

제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 박막형성장치의 요부 구성도.

제4a도 및 제4b도는 제3도의 동작 설명도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 도가니 2 : 구멍

3 : 용융 증착 물질인 실리콘 4 : 가열 수단인 필라멘트

5 : 증기 6 : 클러스터

7 : 이온화 수단인 필라멘트 8 : 기판

9 : 전계 가속 수단인 전원 31 : 자계 발생 수단인 스텐레스제 원통

본 발명은 구멍을 가진 도가니내에 기판에 증착하여야 할 고체 재료를 충전하고, 상기 도가니를 가열하여, 그 속의 고체 재료의 증기를 상기 도가니의 구멍으로부터 진공속에 불어내게 하고, 이것을 기판에 증착시켜서 박막을 형성하는 박막형성장치에 관한 것이다.

종래 이 종류의 장치로서는 제1도에 도시하는 것이 있었다. 제1도에 도시하는 장치는 클러스터 이온 비임 용착 장치라고 불리어지는 것으로서, 도면에 있어서 1은 흑연으로 형성되고, 그 상부에 미소한 구멍(2)이 설치된 도가니이고, 이 도가니(1) 내부에는 기판에 증착해야 할 물질로서 고체실리콘(3)이 충전되어 있다. 4는 상기 도가니의 주위에 배치되고, 상기 도가니(1)전체를 가열하여 상기 증착 물질의 증기를 발생시키기 위한 가열수단인 필라멘트이고, 상기 도가니(1) 및 필라멘트(4)에 의하여 상기 증착물질의 증기를 고진공중에 분출하여 상기 증기중의 다수의 원자가 느슨하게 결합한 클러스터(6)를 생성시키는 증기 발생원이 구성되고 있다.

7은 상기 클러스터(6)에 열전자를 조사하여 그 일부를 이온화하기 위한 수단인 필라멘트, 9는 상기 도가니(1)와 기판(8)간에 전압을 적용해주기 위한 전계 가속 수단인 전원이고, 이것은 상기 이온화된 클러스터 이온을 가속하여 상기 크러스터 이온을 기판(8)에 충돌시켜서 박막을 증착 형성하기 위한 것이다. 그리고 상기 도가니(1), 가속용 필라멘트(4), 이온화 수단인 필라멘트(7) 및 기판(8)은 도시하지 않은 진공조에 수납되어 있다.

다음에 동작에 대하여 설명한다.

우선, 고체 실리콘(3)이 충전된 도가니(1) 전체를 필라멘트(4)로부터의 열전자 조사에 의하여 가열한다. 이 도가니(1)내에는 상기 실리콘(3)의 증기 (5)가 발생하고, 이 실리콘 증기(5)는 도가니(1)의 구멍(2)으로부터 고진공중에 방출되고, 그때 상기 실리콘 증기(5)는단열팽창에 의하여 상기 실리콘 증기(5)중의 다수의 원자가 느슨하게 결합한 클러스터(6)로 된다. 그리고 다시, 이들의 클러스터(6)에 필라멘트(7)로부터의 열전자를 조사하면, 상기클러스터(6)의 일부가 이온화되고, 이 이온화된 클러스터 이온은 전원(9)에 의하여 전계 가속되어서 기판(8)에 충돌하고, 이것에 의하여 상기 기판(8)상에 박막이 증착 형성된다. 또 이때, 이온화되지 않은 중성 클러스터는 상기 도가니(1)로부터 방출될 때에 가지는 운동 에너지로서 역시 기판(8)에 충돌하고 상기 클러스터 이온과 함께 상기 기판(8)에 증착된다.

그런데, 이 종래 장치에는 아래와 같은 기술적 문제점이 있다. 즉, 그 문제점은, 증착 물질로서의 고체 재료의 증기압을 일정 이상으로 올리기 위하여, 도가니(1)를 매우 고온으로 할 필요가 있는 것이고, 특히 실리콘을 증착물질로 하는 경우에는 200℃정도의 온도가 필요하다. 이때 일정 용량의 도가니(1)내에서는, 용융 실리콘이 대류하고 온도의 균일성이 무너짐과 동시에 가열용 필라멘트(4)의 배치의 미묘한 차이에 의하여 큰 온도 불균일이 생겨 버린다. 따라서 실제 도가니(1)내의 온도는, 최고 온도부에서 2200℃를 넘고, 최저 온도부에서 1900℃이하가 되어, 300℃에 가까운 온도차를 도가니(1)내에 가지게한 상태에서 필요한 증기압을 얻고 있었다.

이와 같이, 종래의 장치에서는, 도가니(1) 내부에서 극 고온 상태의 부분이 있을 수 있기 때문에 이 부분에서 도가니 재료인 흑연과 증착 물질인 실리콘이 반응할 수가 있고, 이것에 의하여 증착 실리콘막에 탄소가 혼입하기도 하고, 또 실리콘과 탄소의 반응 생성물은 SiC가 흑연 도가니의 저온부의 벽면에 부착하고, 그들의 열팽창 계수의 차이로부터 도가니(1)의 깨짐의 원인이 되기도 하였다. 제2도는 이 상태를 설명하기 위한 도면으로, 가열 수단인 필라멘트(4)가 도가니(1)를 비교적 소하게 에워싸고 있는 모습을 도시하고 있다. 이 경우 가열수단인 필라멘트(4)로부터 도가니(1)까지의 거리가 온도 상승에 크게 영향을 주지만, 도면중 C부와 같이 양자가 근접하고 있는 곳의 도가니(1)의 부분은, 다른 a,b부와 같이 양자가 떨어져 있는 곳의 도가니(1)의 부분에 대하여 매우 고온으로 된다.

본 발명은, 상기와 같은 종래것의 결점을 제어하기 위하여 행하여진 것으로, 도가니를 가열하여 증착 물질의 증기를 얻을 때, 상기 도가니 전체에 자장을 주어서 도가니 내부의 온도 분포가 균일하게 되도록 용융 증착 물질을 대류시킴에 의하여 불순물 혼입이 적은 안정한 증착막을 얻을 수가 있고, 다시 도가니의 수명의 개선도 도모할 수 있는 박막형성장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면에 대하여 설명한다. 제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 박막형성장치의 도가니 근방 부분을 도시하고 도면에 있어서 1은 그 상부에 구멍(2)을 가지고, 내부에 증착 물질이 충전된 도가니, 4는 도가니(1)의 주위에 배치된 가열수단인 필라멘트이고 상기 도가니(1)를 가열하고 상기 증착 물질의 증기를 발생시키기 위한 것이다. 그리고, 본 실시예에 있어서는 상기 도가니(1) 및 필라멘트(4)는 자계 발생수단인 스텐레스제 원통(31)이 덮혀 있다. 여기서 자계 발생 수단인 스텐레스제 원통(31)은 그 내부에 몰리브덴제의 박판(도시않음)이 붙어 있고, 그 외부에는 구리선(32)이 감기어서, 전자석을 구성하는 것으로 되어 있고, 상기 도가니(1)전체에 그 상기 출구 방향과 평행으로 자장을 주도록 되어 있다.

이와 같은 구성으로 된 실시예 장치에서는, 제4a도에 도시하는 바와 같이, 도가니(1)내에서의 국소적인 온도차에 의하여 생긴 용융 증착 물질인 실리콘(3)의 난류(41)가 상기 전자석의 자계에 의하여 휘어지게 되고, 제4b도에 도시하는 바와 같이, 도가니 중앙부에서의 상하 방향의 안정한 대류(42)로 된다. 이것에 의하여 용융 증착 물질인 실리콘(3) 표면에서의 온도 분모가 안정화하고, 국소적인 영역만이기 때문이 아니라 용융증착 물질인 실리콘(3) 표면 전체로부터 소요의 증기압이 얻어지게 된다. 따라서 종래와 같이 매우 고온으로 되는 부분을 없게 할 수가 있고 실리콘과 탄소의 반응을 억제하고 증착 실리콘막에의 탄소의 혼입을 방지할 수 있음과 동시에, 도가니(1)의 긴 수명화를 도모할 수가 있다.

그리고, 상기 실시예에서는 자장 방향을 증기의 취출 방향과 평행으로 하였지만, 이것을 수직 방향으로 하여도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관계되는 박막형성장치에 의하면, 도가니에 자장을 주어서 상기 자장내에서 도가니의 가열을 행하고, 상기 도가니 내부의 온도 분포가 균일하게 되도록 용융 증착 물질의 대류를 제어하도록 하였기 때문에, 국소적인 고온부를 발생시키는 일이 없고, 소요의 증기압을 얻을 수가 있고, 도가니 재질의 증착막에의 혼입을 방지할 수 있고, 또 도가니의 긴 수명화를 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 소정의 진공도로 보존된 진공조와, 상기 진공조내에 설치되고 적어도 1개의 구멍(2)을 가지고 그 내부의 기판(8)에 증착할 용융 증착 물질인 실리콘(3)이 충전된 도가니(1)와 이 도가니(1)를 가열하여 상기 증착물질인 실리콘의 증기(5)를 발생시키는 가열 수단인 필라멘트(4)를 가지며, 상기 도가니의 구멍(2)으로부터 용융 증착 물질인 실리콘의 증기를 분출하여 상기 용융 증착 물질인 실리콘(3)의 다수의 원자가 느슨하게 결합한 클러스터(6)를 발생하는 증기 발생원과, 상기 증기 발생원으로부터의 클러스터(6)를 이온화하는 이온화 수단인 필라멘트(7)와, 상기 이온화된 클러스터 이온을 가속하고 이것을 이온화되어 있지 않은 중성 클러스터와 함께 기판(8)에 충돌시켜서 박막을 증착시키는 전계 가속 수단인 전원(9)을 구비하는 박막 형성장치에 있어서, 상기 도가니(1)에, 상기 도가니 전체에 자장을 주고 상기 도가니 내부의 온도 분포가 균일하게 되도록 상기 도가니내의 용융 증착 물질인 실리콘을 대류시키는 자계 발생 수단인 스텐레스제 원통(31)을 설치한 것을 특징으로 하는 박막형성장치.

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