일반기술

진공열증착과 스퍼터링을 이용한 초과립박막 형성방법 및 그 형성 장치

본 기술은 초과립박막의 형성 방법 및 그 형성 장치에 관한 것으로 초과립박막은 기지를 이루는 재료(이하 기지 재료) 속에 과립 형태의 다른 원소(이하 과립 원소)가 분산되어 이루어진 박막을 말한다. 이 기술은 반응실 내에 압력을 스퍼터링을 위한 플라즈마가 형성되지 않을 정도의 압력 하에서 진공열증착 방법으로 기지 재료를 형성하고, 동일 반응실 내에서 플라즈마 소오스 가스를 주입하여 스퍼더링을 위한 플라즈마가 형성될 정도의 압력 하에서 스퍼터링 방법으로 이미 형성된 기지 재료에 과립 원소을 과립 형태로 분산시켜 형성하는 단계를 여러 번 반복하여 박막을 형성하는 방법이다. 이 초과립박막 형성 장치로는 반응실의 상단에 기판을 일정 위치에 고정시키는 홀딩장치, 로터리 펌프 및 확산 펌프로 구성된 펌핑 장치, 열증착 수행을 위한 소오스 물질을 수납하는 장치, 스퍼터링 소오스 타겟을 지지하며 플라즈마 형성을 위한 전압원을 인가 받는 스퍼터링 장치, 반응실 내의 압력을 조절하는 플라즈마 소오스 가스주입 장치 등이 있다. 현재 사용하고 있는 증착 방식에는 보통 수 10^-6Torr 이상 영역의 고 진공에서 열 증착에 의해 박막을 형성하는 진공열 증착 방식과 10^-6Torr 이하 영역의 저 진공에서만 증착이 가능한 스퍼터링 증착 방식이 있다. 과립 박막을 형성함에 있어 기지를 이루는 재료는 진공열 증착 방법이 매우 적절하고 분산시키는 재료는 스퍼터링 증착이 적절하다. 하지만 이 두 방법이 이루어지는 압력의 차이로 인해 두 가지 방식을 동시에 수행할 수 없었다. 그리하여 과립박막의 형성은 두 증착 방법 중 한 가지 방식에만 의존해야 됐고 이 때문에 기지와 과립상의 선택에 제한적이었고 기지재료와 과립재료의 형성 방법이 동일하여 기지 속에 다른 원소가 과립형태로 분산되기 어려웠으며 후속 열처리에 의존하는 등 문제점이 있었다. 그러나 이 기술은 하나의 반응실 내에서 반응실의 압력조절을 선택적으로 실시할 수 있게 함으로써 진공열 증착 방식으로 결정성이 우수한 기지재료를 형성하고 스퍼터링 증착 방식으로 고융점재료를 분산시킨 과립 박막을 증착하여 열 증착 및 스퍼터링 공정이 동일 반응실 안에서 수행됨으로써 과립의 크기 및 농도 등이 적절히 조절된 양질의 초과립박막을 형성할 수 있게 되었다.