본 연구에서는 반응기체 PaCl5 (99.99%)와 N2O(99.99%)를 사용하여 PECVD법으로 P-type(100) Si기판위에 Ta2O5 박막을 증착시킨후 RTA 후처리를 통하여 누설전류를 개선시키고자 하였다. 실험결과, 증착온도 증가에 따라 굴절율은 일정하게 증가하였고 500˚C에서 최대 증착속도를 보였다. 증착된 Ta2O5막의 FT-IR 분석결과 증착온도 증가에 따라 Ta-O bond peak intensity가 증가함을 알 수 있었으며, 누설전류 특정결과 증착온도가 증가함에 따라 누설전류값이 감소함을 알 수 있었다. 또한 증착된 Ta2O5막을 RFA방법을 이용하여 후처리 한 결과, as deposited 상태보다 누설전류가 감소함을 알 수 있었으며 이는 RTA처리후 AES와 FT-IR 분석을 통하여 Ta2O5막 내의 oxygen농도와 Ta-O bond peak intensity를 측정한 결과 RTA 후처리에 의하여 Ta2O5막내의 존재하는 O-deficient 구조들이 감소한 때문이었다.

플라즈마 화학 증착법으로 (100)p-type Si wafer위에 Y2O3-Stabilzed ZrO2박막을 증착하였다. 반응 기체로는 zirconium triflouracethylacetonate[Zr(tfacac) [Zr(tfacac)4], tri(2.2.6.6 tetramethy1-3, 5-heptanate) yttrium [Y(DPM)3]과 oxygen gas를 사용하였다. X-ray diffraction(XRD)과 fourier Particle induced x-ray emission(PIXE)을 통하여 Y(DPM)3 bubbling temperature가 160˚C, 165˚C, 170˚C일때 Y2O3함량이 12.1mo1%, 20.4mol%, 31.6mol%임을 알 수 있었다. C-V측정에서 Y(DPM)3 bubbling temperature가 증가함에 따라 flat band voltage가 더욱더 음의 방향으로 이동하였다.

DSC와 XRD를 사용하여 Zr/Si 다층박막의 고상반응에 의한 비정질상과 결정상 생성 및 상전이를 확인하고 이를 유효구동력 개념과 유효생성열 개념 및 phase determining factor(PDF)모델을 이용하여 예측한 결과와 비교하였다. Zr/Si 다층박막은 비정질호 반응이 잘 일어났으며 이는 유효구동력 개념으로 예측한 바와 일치하였다. Zr/Si 계에서 생성되는 최초의 결정상은 ZrSi 였으며 유효생성열과 PDF모델로부터 예측된 최초의 결정상은 PDF 모델의 예측 결과와 일치하였다. Zr/Si 다층박막의 원자조성비가 1대 1일경우와 1대 2일 경우의상전이는 ZrSi→ZrSi2로 되었으며 이러한 상전이 과정은 유효생성열 다이아그램으로 해석되었다. ZrSi의 생성기구는 핵생성이 율속임을 규명하였고 ZrSi와 ZrSi2의 생성에 필요한 활성화에너지는 1.64±0.19eV와 2.28±0.36eV이었다.

a-측으로 배향된 YBa2Cu3O7-δ 고온 초전도 박막을 LaAIO3(100)단결정 기판에 이중 타게트 off-axis rf마그네트론 스퍼터링법으로 증착하였다. 박막은 기판온도(Ts)590˚C와 680˚C사이에서 단일공정으로 증착하는 one-step방법과, 590˚C의 저온에서 a-축으로 배향된 YBCO박막(두께-30nm)을 면저 만들어 틀로 작용시킨 후 그 틀위에 나머지 부분을 기판온도를 승온하면서 증착하는 방법인 two-step방법 등 두 가지 방법을 사용하여 증착시켰다. one-step방법에서는 Ts가 증가함에 따라 감소하였으며, (00 ℓ)피크는 증가하였다. Two-step방법으로 증착한 박막은 증착속도가 감소함에 따라 (h00)피크가 우세하게 나타났다. 박막의 미세구조는 a-축, c- 축 배향성이 혼재하여 핀홀과 같은 결함들이 생성되었다. 모든 경우 Ts가 감소함에 따라 a-축 배향성은 우세하였으나 전기적 특성은 저하되었고, 긴 전이온도 폭을 가졌다.

256Mb DRAM에서 박막 커패시터로의 적용을 위해서(Ba0.5Sr0.5)/TiO3(BST)박막이 RF Magnetron Sprttering방법에 의해 제조되었다. BST박막의 결정화도는 기판온도가 높아짐에 따라 증가하였고 증착된 박막의 조성은 (Ba0.48Sr0.48)/TiO2.93이었다. 이때 Pt/Ti장벽층은 Si의 BST계면으로의 확산을 억제하였다. 100kHz에서의 유전상수 및 유전손실은 각각 320 및 0.022이었다. 인가전계도 (Charge Storage Density)는 40fC/μ m2, 누설전류밀도(Leakage Current Density)는 0.8μ A/cm2 로서 RF Matnetron sputtering방법에 의해 제조된 BST 박막이 256Mb DRAM 적용 가능함을 보였다.

Microwave플라즈마 화학 증착법으로 다이아몬드 박막을 증착하여 morphology변화를 관찰하였다. 기판 온도가 550˚C에서 750˚C로 증가함에 따라 다이아몬드 박막의 표면 morpholoty는 111에서 100, cauliflower형태로 변화하는 것과 함께, 증착층내의 nondiamond성분이 증가하는 것을 발견하였다. 증착 층 내에 존재하는 nondiamond성분은 다이아몬드 입자의 입계에 분포하고 있음을 마이크로 Raman분석으로부터 추측할 수 있었다. 증착층의 texture orientation 을 X-선 회절 분석기로 확인한 결과, 550˚C에서는 증착층의 texture orientation이 관찰되지 않았지만 온도가 증가함에 따라<100>에서<110>으로 변화하는 것을 관찰할 수 있었다.

Co/Si계에서 고상확산에 의하여 비정질상이 생성되는지의 여부를 유효구동력 개념을 이용하여 예측하였으며 유효생성열 개념 및 PDF모델로부터 결정상의 생성과 상전이를 예측하였다. 한편, DSC와 XRD를 이용하여 Co/Si다층박막에서의 비정질상의 생성여부와 결정상의 생성 및 상전이를 확인하여 모델로부터 예측한 결과와 비교하였다. Co/si계에서는 비정질상이 성장하지 않았으며 이는 유효구동력 개념으로부터 예측된 결과와 일치하였다. Co/Si계에서 생성되는 최초의 결정상은 CoSi였으며 유효생성열과 PDF모델로부터 예측된 최초의 결정상은 각각 CO2Si와 CoSi였다. 따라서 Co/Si계에서 생성되는 최초의 결정상은 구조적인 요소를 고려해 PDF모델의 예측결과와 잘 일치하였다. 증착당시 Co와 Si의 조성비가 2대 1일경우와 1대 2일 경우의 상전이는 각각 CoSi → Co2Si와 CoSi → Co2Si → CoSi → CoSi2의 초기단계의 생성기구는 각각 핵생성이 율속이었으며, 이들의 생성에 필요한 활성화에너지는 각각 1.71, 2.34, 2.79eV이었다.

Pt/Co인공격자다층막([Pt10.7 Å/Co2.8 Å]×12)의 자기특성 및 기록특성이 시료제작시의 조건 (sputtering gas압력, sputtering gas 종류, buffer층의 유무 및 etching)에 따라 어떻게 변화하는지를 알아보았다. Pt/Co다층막의 자기특성은 Tb-Fe-Co계 아몰퍼스재료와 거의 동등한 특성이 얻어졌으며 이다층막을 이용한 광자기디스크의 기록특성은 kerr회전각, 1.23도, 기록 power 특성, 36dB(레이저파장: 780nm)을 나타내어 Pt/Co다층막이 차세대광자기디스크용 재료로서의 실용화가능성을 보여주었다.

450KHz 저주파수로 플라즈마 화학증착법을 이용하여 Diamondlike carbon박막을 제작하고 optical band gap, 미소경도, 내부응력 등의 물성에 대하여 13.56MHz의 전원을 사용했을 때보다 optical band gap이 감소하였으며 FT-IR및 CHN분석결과 박막 내의 C-H결합농도와 총 수소의 함량이 크게 감소하는 것으로 밝혀졌다. 또한 저주파수로 DLC 박막을 형성하는 경우 미소경도의 희생없이 내부응력을 크게 줄일 수 있어 기판과의 접착성이 향상될 것으로 기대되었다.

메탄가스를 반응가스로 하여 플라즈마 화학증착법으로 Diamondlike Carbon(DLC)박막 제작시 박막의 광학적 특성에 미치는 수소가스의 영향을 조사하였다. 수소가스를 보조가스로 사용하는 경우는 불활성가스인 아르곤이나 헬륭의 경우와는 달리 인가전력의 변화에 따라 수소가스의 역할이 다르게 나타났다. Optical band gap의 변화와 FT-IR 분석결과로부터 수소가스에 의한 C-H 결합의 화학적인 에칭과 스퍼터링 및 수소의 박막 내로의 주입 가능성을 예측하고 이를 아르곤과 헬륨을 보조가스로 사용한 경우와 비교하여 그 타당성을 확인하였다.

(PbZr52,Ti48)O3인 composite ceramic target을 사용하여 R. F. 마그네트론 스퍼터링 방법으로 기판온도 300˚C에서 Pt/Ti/Si 기판위에 PZT 박막을 증착하였다. 페롭스 카이트 PZT박막을 얻기 위하여 PbO분위기에서 로열처리를 행하였다. 하부전극으로 Pt를 사용하였으며 Pt(205Å)/Ti(500 Å)/Si 및 Pt(1000Å)/Ti(500Å)/Si기판을 준비하여 Pt두께화 Ti층이 산소의sink로 작용함으로서 이를 가속화하였다. Ti층의 상부는 산소의 확산으로 인하여 TiOx층으로 변태하였고 하부는 in diffused Pt와 함께 실리사이드층을 형성하였다. TiOx 층의 형성은PZT층의 방향성에 영향을 주었다. 유전상수 (10kHz), 누설전류, 파괴전압, 잔류분극 및 항전계는 각각 571, 32,65μ A /cm2, 0.40MV/cm, 3.3μ C /cm2, 0.15MV/cm이었다.

플라즈마 CVD(PECVFD)장치로 금속유기물인 Diethylzinc와 N2O를 합성하여 300˚C이하의 낮은 기판 온도에서 ZnO 박막을 증착하여, 증착변수가 박막의 증착속도 및 결정구조에 미치는 영향을 알아 보았다. 기판 온도 150˚C에서부터 이미 결정화된 ZnO 박막의 증착이 가능했으며, 200˚C이상에서 X-ray rocking curve분석결과, 표준편차값(δ)이 6˚ 미만의 c축 배향성이 뛰어난 ZnO박막이 유리 기판위에 증착되었다. 기판온도오 인가된 rf전력에 의한 증착속도의 변화 양상은 매우 다양하였으며, 특히 결정화에 따른 증착속도 변화의 전이점이 관찰되었다. 200 W와 250W의 rf 전력에서 증착된 박막의 경우 활성화 에너지는 각각 3.1 KJ/mol과 1.9 KJ/mol이었다.

SiO2초박막(ultrathin film)의 두께 조절 용이성, 두께 균일성, 공정 재현성 및 전기적 특성을 향상시키기 위해 실리콘을 N2O분위기에서 열산화시켰다. N2O분위기에서 박막 성장시 산화와 동시에 질화가 이루어지기 때문에 전기적 특성의 향상을 가져올 수 있었다. 질화 현상에 의해 형성된 Si-N결합 형성은 습식 식각율과 ESCA분석으로 확인할 수 있었다. N2O분위기에서 성장된 SiO2박막은 Fowler-Nordheim(FN)전도 기구를 보여주었으며, 절열파괴 특성과 누설 전류특성 및 산화막의 신뢰성은 건식 산화막에 비해서 우수하였다. 또한 계면 포획밀도는 건식 산화막에 비해 감소하였고, 전하를 주입했을 때 생성되는 계면 준위의 양 또는 크게 감소하였다. 산화막 내부에서의 전하 포획의 양도 감소하였고, 전하를 주입하였을 때 생성되는 전하 포획의 양도 감소하였다. 이와 같은 전기적인 특성의 향상은 산화막 내부에서 약하게 결합하고 있는 Si-O 결합들이 Si-N결합으로의 치환과 스트레스 이완에 의하여 감소하였기 때문이다.

Conatact barrier metal용 selective W CVD 기술에서 SiH4//WF6(=R)유량비가 W막의 비저항, contact resistance, 접합주설전류 등의 전기적 특성에 미치는 영향을 β-W 의 생성에 촛점을 맞추어 조사하였다. R의 증가에 따라 W의 비저항이 증가하는데, 그 주원인은 α-W로 부터 β-W 로의 상변태에 있다. SiH4환원에 의한 CVD W에서 생성되는 β-W 는 산소에 의해서가 아니라 막내에 유입된 Si에 의하여 안정화된다. Si기탄상에 W를 증착할 때에는 R값이 클 경우에 β-W 가 생성되지만, TiN 기판상에 W를 증착할 때에는 R값이 큰 경우에도 β-W 가 생성되지 않는 것으로 나타났다. 또한 R이 증가함에 따라 접합누설전류가 증가하는데, 이것은 W-Si계면에 대한 수직방향으로의 Si의 소모뿐만 아니라 수평방향으로의 Si의 소모에도 그 원인이 있는 것으로 보인다.

3000Å~6000Å의 두께로 진공 증착한 WO3 박막의 광특성 및 일렉트로크로미즘에 대하여 연구하였다. 증착된 WO3 박막은 모두 무색 투명 하였으며 X-선회절 분석결과 비정질 상태로 밝혀졌으며, 비정질 WO3 박막의 굴절율은 가시광선 영격에서 1.9-2.1로, 광에너지 gap은 3.25eV로 나타났다. ITO투명전극/WO3박막/LiCIO4 ~propylene carbonate/백금 대향전극 구조를 갖는 일렉트로크로믹소자를 구성하여 일렉트로크로믹 특성을 조사하였다. WO3 박막의 coloration/과 bleaching현상은 LiCIO4~propylene carbonate유기전해질과 ITO투명전극으로 부터 Li+이온과 전자의 이중주입에 의하여 청색으로 나타났으며, 가역적으로 전기 화학적인 산화반응에 의하여 bleaching현상이 일어났다. Coloration과 bleaching현상, 광학밀도, 구동전압 및 응답속도 등의 일렉트로크로믹 특성은 WO3 박막의 증착조건, 전해액 농도, 투명전극의 sheet resistance 인가전압에 크게 의존하는 것으로 밝혀졌다.

PVC/액정 복합막의 응집상태 및 전기광학 특성을 넓은 막조성(30-70wt% LC)에 걸쳐 조사하였다. 또한 optical contrast가 가장 좋은 40/60(PVC/LC)중량조성으로 된 복합막에 대해서는 온도 및 외부교류전계의 주파수 및 전압응답을 측정한 결과 문턱 주파수는 20Vp-p 이하(1 kHz, 25˚C), rise time및 decay time은 모두 10ms 이하(V100 p-p , 1 kHz, 25˚C)였다.

BTDA-BAPP, DSDA-BAPP, BTDA-4,4'ODA의 폴리아믹산(PAA)으로 막을 주조하고 부분이미드화하여 산소와 질소의 투과특성을 조사하였다. 가열이미드화로 이미드화가 증가할수록 투과속도는 초기에 증가하여 최고점을 나타내고 감소하였다. 가열이미드화할 때 ?에는 PAA 수소결합의 소실로 기체투과가 증가하나 이미드화가 증가하면 치밀화로 인하여 기체투과 감소효과가 커지는 것으로 추정되었다. BTDA-BAPP, DSDA-BAPP, BTDA-4,4'-ODA는 각각 이미드화율 37%, 47%, 55%일때 최고투과계수 8.3, 0.3, 0.8 barrer을 나타내었다. 그러나 투과선택도는 이미드화와 무관하게 거의 일정하였다.

P-type(100)Si Wafer 위에 400Å의 Ta를 증착하여 열산화법으로 Ta2O5박막을 형성시킴 후 RTA후처리를 통하여 절연파괴전장 특성 개선을 이루고자 하였다. 유전상수에 미치는 RTA후처리의 영향은 미약하지만 절연파괴전장을 나타내었으나 결정화 온도 이하의 RTA온도에서는 절연파괴전장이 5.4MV/cm로 RTA효과가 크게 나타났다. 이러한 RTA효과는 RTA온도 575˚C에서 flat band voltage shift가 RTA 시간에 따라 변화가 없는 것으로 미루어 보아 RTA효과는 계면 변화에 의한 것이 아님을 알 수 있었으며, RBS 분석을 통하여 Ta2O51박막의 치밀화에 의한 것임을 확인할 수 있었다.

반도체 소자의 표면 보호용으로 사용되는 상압 CVD 방법에 의한 PSG(Phosposilicate glass)막 및 플라즈마 CVD방법에 의한 PE-SiN(Plasma enhanced CVD Si2N4)막의 항균열 특성을 알루미늄박막이 증착되어 있는 실리콘 기판위에서 조사했다. 450˚C에서 30분간으 열처리를 반복하면서 균열 발생 유무 및 그 형태를 조사하여 이러한 균열의 생성을 각 막의 막응력과 관련하여 검토하였다. 이들 박막에서의 균열 발생은 하부 조직인 알루미튬배선과의 열팽창계수차에 의한 것임을 알 수 있었다. PSG막 두께가 증가할수록 인장응력이 증가하여 항균열성이 저하되었다. PSG막의 P농도가 증가할수록 막응력은 압축응력쪽으로 이동하였고 균열 발생은 억제되었다. PE-SiN 막도 높은 압축응력을 갖게 함으로써 항균열성을 향상시킬 수 있었다. 본 실험의 결과로부터 반복 열처리시 균열 발생여부에 대한 실험식을 제시하였다.