Ti[N (C2H5 CH3)2]4 [tetrakis(ethylmethylammino)titanium.TEMAT]와 NH3를 반응가스로 하여 각각 펄스(pulse) 형태로 시분할 주입되는 새로운 박막 증착방법(이하 Cycle-CVD라 함)을 이용하여 TiN박막이 SiO2.기판위에 증착되었다.Cycle-CVD에서 반을로 내로 주입되는 반응가스와 Ar가스는 TEAM 펄스, Ar 펄스,NH3펄스, Ar 펄스의 순서로 시분할주입되었고, 이렇게 차례대로 주입되는 4개의 펄스를 하나의 cycle로 규정하고, Cycle-CVD는 이러한 cycle이 연속하여 반복적으로 주입되도록 설계되었다. 기판온도가 170˚C-210˚C에서는 atomic layer deposition(ALD)특성을 보였고, 200˚C에서 충분한 반응가스의 펄스시간 후에 cycle당 증착된 박막의 두께가 0.6nm/cycle로 포화되는 양상을 보여주었는데, 이는 cycle당 증착된 TiN 박막의 두께가 1.6 monolayer(ML)/cycle에 해당된다. 이와 같이 반등가스의 흡착을 이용ㅇ하여 TiN이 제한된 표면반응만에 의하여 ALD 기구에 의해 증착이 이루어지므로 TiN 박막의 두께는 단지 cycle 횟수만으로 정확하게 제어할 수 있었고, 우수한 step coverage 특성을 얻었다. 또한 반응가스간의 기상반응을 방지함으로써 입자의 발생을 억제할 수 있었고, 상대적으로 낮은 온도임에도 불구하고 4at% 이하의 낮은 탄소함량을 갖는 양호한 특성을 보여주었다.

SiO2 기판과 dimethylethylamine alane(DMEAA)을 반응소스로 하여 알루미늄을 증착시켜 증착전 전처리 가스 종류와 수소 플라즈마 처리에 따른 증착속도의 차이와 미세구조에 대하여 연구하였다. TiN기판에 증착된 알루미늄의 증착속도는 증착전 수소 가스에 의한 전처리한 경우 아르곤이나 헬륨에 의한 전처리에 비해 빠른 증착속도를 나타내었다. 이르곤 플라즈마 전처리나 플라즈마 전처리 하지 않고 SiO2기판에 알루미늄을 증착하였을 경우에 비해 수소 플라즈마 전처리에 의해 알루미튬증착시 잠복기(incubation time)가 감소하였으며 치밀한 미세조직을 얻을 수 있었다.

본 실험에서는 저유전율 층간절연물질로서 SiOF박막을 ECR plasma CVD를 이용하여 증착하였다. 또한 증착시에 발생시킨 플라즈마의 특성 분석을 위하여 Langmuir probe를 반응챔버에 부착하여 플라즈마 밀도, 마이크로파 전력은 700W, 기판온도는 300˚C에서 행하였다. 증착된 SiOF 박막을 분석한 결과, 가스유량비(SiF4/O2)가 0.2에서 1.6으로 증가하였을 때 불소의 함량은 약 5.3at%에서 14.5at%로 증가하였으며, 굴절률은 1.501에서 1.391로 감소하였고 이는 불소 첨가에 의한 박막의 밀도감소에 의한 것으로 생각된다. 또한 박막의 유전상수는 가스유량비가 1.0(11.8qt.% F함유)일 때 3.14였다.

ECR 마이크로 플라즈마 CVD법에 의하여 단결정 Si기판위에서 대면적에 걸쳐 방향성을 가진 다이아몬드박막을 성공적으로 성장시키고, 막 증착공정을 바이어스처리 단계와 성막단계의 2단계로 나누어 실시할 때 바이어스처리 단계에서 여러 공정 매개변수들이 다리아몬드 핵생성밀도에 미치는 효과에 관하여 조사하였다. 기판온도600˚C, 압력 10Pa, 마이크로파 전력 3kW, 기판바이어스 +30V의 조건으로 바아어스 처리할 때, 핵생성에 대한 잠복기간은 5-6분이며, 핵생성이 완료되기 까지의 시간은 약 10분이다. 10분 이후에는 다이아몬드 결정이 아닌 비정질 탄소막이 일단 형성된다. 그러나 성장단계에서 이러한 비정질 탄소막은 에칭되어 제거되고 남아있는 다이다몬드 핵들이 다시 성장하게 된다. 또한 기판온도의 증가는 다이아몬드 막의 결정성을 높이고 핵생성 밀도를 증가시키는 데에 별로 효과가 없다. ECR플라즈마 CVD법에서 바이어스처리 테크닉을 사용하면, 더욱 효과적임을 확인하였다. 총유량 100 sccm의 CH3OH(15%)/He(85%)계를 사용하여 가스압력 10Pa, 바이어스전압 +30V마이크로파 전력 3kW, 온도 600˚C의 조건하에서 40분간 바이어스처리한 다음 다이아몬드막을 성장시켰을 때 일시적으로나마 제한된 지역에서 완벽한 다이아몬드의 에피성장이 이루어졌음을 SEM으로 확인하였다. 이것은 Si기판상에서의 다이아몬드의 에피성장이 가능함을 시사하는 것이다. 그밖에 라만분광분석과 catodoluminescence 분석에 의한 다이아몬드의 결정질 조사결과와 산소방전 및 수소방전에 의한 챔버벽의 탄소오염효과 등에 관하여 토의하였다.

본 연구에서는 고밀도 플라즈마를 형성하는 planar magnetron RF 플라즈마 CVD를 이용하여 DLC(diamond-like carbon) 박막을 합성하였다. 이 방법을 이용하여 DLC 박막을 합성한다면 고밀도 플라즈마 때문에 종래의 플라즈마 CVD(RF-PECVD)법보다 증착속도가 더욱더 향상될 것이라는 것에 착안하였다. 이를 위해 magnetron에 의한 고밀도 플라즈마가 존재할 때도 역시 DLC박막형성에 미치는 RF 전력과 반응가스 압력이 중요한 반응변수인가에 대해 조사하였고, 일정한 자기장의 세기에서 RF전력과 DC self-bias 전압과의 관계를 조사하였다. 또한 RF전력변화에 따른 박막의 증착속도와 밀도를 측정하였다. 본 연구에 의해 얻어진 박막의 증착속도는 magnetron에 의한 이온화율이 매우 높아 기존의 RF-PECVD 법보다 매우 빠르며, DLC박막의 구조와 물질특성을 알아보기 위해 FTIR(fourier transform infrared)및 Raman 분광분석을 행한 결과 전형적인 양질의 고경질 다이아몬드상 탄소박막임을 알 수 있었다.

다이아몬드 박막을 이용한 반도체소자를 실현시키기 위해서는 다이아몬드가 아닌 다른 재료의 기판위에 대면적에 걸쳐 다이아몬드막을 에피텍셜 성장시키는 것이 필수적이다. 그러나 이 분야의 연구는 아직 초보상태로 그 목표가 실현되지 못하고 있다. 본 논문에서는 저압의 ECR 마이크로파 플라즈마 CVD에 의하여 대면적의 Si(100)기판상에 방향성을 갖는 다이아몬드막을 성공적으로 성장시킨 결과를 보고자한다. 지금까지 얻어진 최적 핵생성 공정조건은 다음과 같다 : 반응압력 10Pa, 기판온도 800˚C(마이크로파 전력이 3kW일 때), 원료가스 CH4/He 계로 농도비 3%/97%, 가스총유량 100sccm, 바이어스 전압 + 30V, 마이크로파 전력(microwave power)4kW, 바이어스 처리 시간 10분간이며, 성장단계에서의 증착공정 조건은 기판온도 800˚C, 원료가스 CH4/CO2/H2계로 농도비 5%/15%/85%, 가스 총유량 1000sccm, 바이어스 전압 +30V, 마이크로파 전력 5kW, 성막시간 2시간으로 일정하게 유지하였다. 이 조건하에서 기판 면적 3x4cm2의 대면적에 대해서 약 2x109cm-2의핵생성 밀도를 균일하게 재현성있게 얻었다. 원료가스로 CH4/H2를 사용한 경우보다 CH4/H2를 사용할 경우에 라디칼밀도의 증가에 의하여 더 높은 핵생성밀도를 얻을 수 있었다. 또한 저압의 ECR플라즈마 CVD의 경우에는 양의 바이어스전압이 막의 손상이 없어 다이아몬드 핵생성에 더 적합하였다.

ICB 공정으로 선행 증착한 Cu Seeding 층이 이후의 CVD 공정으로 증착하는 최종의 Cu 박막의 기계적 전기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였고, seening을 하지 않은 CVD-Cu 박막과의 특성을 비교하였다. seeding 층을 형성한 경우의 CVD-Cu 박막에 있어서 증착 속도가 증가하였으며, grain 크기의 균일성도 향상되는 경향을 보였다. 증착된 Cu 박막은 seening에 무관하게 모두 FCC 우선배향인 (111)의 결정배향을 나타냈으며, seeding 우에 성정된 박막의 경우 I111/I200비가 향상되었다. 180˚C의 동일 조건하에서 증착하는 경우 40Å seeding층 위에 성장한 박막의 전기비저항이 2.42μΩ.cm로 낮은 값을 나타내었으며, 130Å seeding 경우는 오히려 전기비저항이 증가하는 경향을 나타내었다. Cu 박막의 접착력은 seeding층의 두께가 0Å에서 130Å으 증가함에 따라 21N에서 27N 으로 향상되었다.

p-type(100) 실리콘 기판과 TiN(50nm)/Si 기판에 dimethylethylamine alane(DMEAA)을 반응소스로 하여 알루미늄을 증착시켜 증착온도와 유량, 반송가스 종류에 따른 방향성, 증착속도, 미세구조 변화에 대해 연구하였다. 알루미늄의 증착속도는 기판온도, 반송가스 종류 및 유량에 따라 100-650mn/min으로 다양하게 조절되었다. DMEAA의 증착 활성화에너지는 TiN 기판에서는 약 0.leV이었고 Si와 SiO2 기판에서는 각각 약 0.23eV, 0.24eV이었다. 알루미늄 박막의 방향성은 증착속도의 감소에 따라 (200)에서 (111)방향으로 변하였다. 증착된 알루미늄 박막의 불순물 함량은 산소의 경우 0.2at%, 탄소의 경우 1.8at.%이었다. DMEAA 소스에 의한 알루미늄의 증착속도는 반송가스가 Ar 일 때 보다 H2 가스를 사용하면 증착속도가 크게 증가하였으며 이는 반송가스에 의해 SiO2표면의 흡착 H 농도가 증가하고 흡착 H가 소스 가스와 반응하여 핵생성 site 로 작용하는 것으로 생각된다. 알루미늄 박막의 비저항은 표면 미세조직에 크게 영향을 받으며 그 값은 약 3-7μΩcm이었다.

다이아몬드 증착시 기판의 표면처리를 변화시켰을 때 다이아몬드의 핵생성 밀도에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. 실험장치는 열 필라멘트 CVD 장치를 사용하였고, 반응가스로 메탄과 수소가스를 사용하였다. 기판의 표면 처리는 탄소 상을 기판에 증착시키는 방법, Soot에 의한 기판 표면처리, 혹연에 의한 기판 표면처리로 크게 3가지로 행하였다. 모든 경우에 핵생성 밀도가 증가하였으나 탄소 상을 증착시킨 경우와 soot에 의한 사전처리의 경우의 핵생성 밀도의 증가가 혹연에 의한 처리보다 더 현저하였다. 또한 탄소강의 증착의 경우 표면에 굴곡이 없는 매우 평탄하고 균일한 다이아몬드 막을 얻을 수 있었다. 사전증착처리 한 기판에 탄소 층을 형성시켰을 때 탄소 층과 기판과의 접착력이 약한 것을 이용하여 다이아몬드 막을 쉽게 분리시켜 free standing 다이아몬드 박막을 얻을 수 있음을 알았다.

열 필라멘트 화학증착(CVD) 다이아몬드 제조에서 bias인가에 따른 다이아몬드 생성양상의 변화를 조사하였다. 기존의 bias실험에서는 기판과 필라멘트 사이에 bias를 인가시켰으나, 본 연구에서는 이 방법 외에 필라멘트 상 하에 텅스텐 망을 설치하여 bias를 인가시켰다. 실험결과 bias 전압을 인가하는 방법에 관계없이 필라멘트의 전자방출을 촉진시키는 방향으로 bias가 인가될 겨우 다이아몬드의 생성밀도 및 증착속도에 유리하게 작용하였다. 본 결과로부터 다이아몬드 증착시 필라멘트에서 방출되는 전자가 중요한 영향을 미치고 있음을 확인하였다. 전자의 기판표면과의 충돌에 의하여 다이아몬드의 생성에 미치는 효과는 적어도 본 실험에서는 중요하지 않음을 알 수 있었다.

Ta2O5박막은 고유전율의 특성으로 차세대 DRAM캐패시터 물질로 유망받고 있는 물질이다. 본 연구에서는 p-type(100)Si 웨이퍼 위에 열 MOCVD 방법으로 Ta2O5박막을 성장시켰으며 기판온도, 버블러 온도, 반응압력의 조업조건이 미치는 영향을 고찰하엿다. 증착된 박막은 SEM, XRD, XPS, FT-IR, AES, TEM, AFM을 이용하여 분석하였으며 질소나 산소 분위기의 furnace 열처리 (FA)와 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 통하여 열처리 효과를 살펴보았다. 반응온도에 따른 증착속도는 300 ~ 400 ˚C 범위에서 18.46kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 표면반응 율속단계와 400 ~ 450˚C 범위에서 1.9kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 물질전단 율속단계로 구분되었다. 버블러 온도는 140˚C일때 최대의 증착속도를 보였다. 반응압력에 따른 증착속도는 3torr에서 최대의 증착속도를 보였으나 굴절율은 0.1-1torr사이에 Ta2O5의 bulk값과 비슷한 2.1정도의 양호한 값이 얻어졌다. 400˚C에서 층덮힘은 85.71%로 매우 양호하게 나타났으며 몬테카를로법에 의한 전산모사 결과와의 비교에 의해서 부착계수는 0.06으로 나타났다. FT-IR, AES, TEM 분석결과에 의하여 Si와 Ta2O5 박막 계면의 산화막 두께는 FA-O2 > RTA-O2 ~ FA-N2 > RTA-N2 순으로 성장하였다. 하지만 질소분위기에서 열처리한 박막은 산소분위기의 열처리경우에 비해 박막내의 산소성분의 부족으로 인한 그레인 사이의 결함이 많이 관찰되었다.

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.

반응성 스팟터법에 의하여 형성된 TiN막 표면상에 CVD 텅스텐막을 증착할 때 여러가지 전처리 실시에 따른 텅스덴의 핵 생성 양상의 변화를 비교 조사하였다. 먼저 Ar rf 스팟터에칭 전처리는 에칭 두께가 200A 이상일 때에는 잠복기와 증착속도를 증가시킨다. Ar 이온주입 전처리는 잠복기를 증가시켜 텅스텐의 핵 생성에는 불리한 효과를 나타내는 반면, 증착속도는 증가시킨다. 또한 SiH4flushing 전처리는 TiN막 표면에서의 Si의 흡착을 용이하게 함으로써 잠복기를 약간 감소시키는 효과를 나타낸다.

화학증착법을 사용하여 다공성 Vycor 유리에 선택적 수소 투과성 실리카 막을 제조하였다. 화학증착에는 SiCl4의 가수분해 반응이 이용되었으며, 반응물인 SiCl4와 물을 서로 반대 방향으로 주입하여 막을 제조하는 opposing-reactants film deposition방법과, 반응물을 다공성 유리관의 한쪽으로만 공급하는 one-sided film deposition 방법을 모두 사용하였다. 제조된 실리카 막을 통한 수소의 투과도는 600℃ 이상의 온도에서 0.01-0.25cm3cm2-min-atm의 범위에 있었으며, 수소의 질소에 대한 투과도 비는 1000정도였고, 온도의 증가에 따라 실리카 막을 통한 수소 및 질소의 투과도는 증가하였다. Opposing reactants film deposition 방법으로 제조된 실리카 막은 비교적 안정성은 높으나 수소의 투과도가 낮은 반면, one-sided film deposition 방법을 사용하면 수소의 투과도는 높으나 안정성이 낮은 막이 얻어졌다. 이러한 실리카 막은 고온에서의 기체분리 및 분리막 반응기에 응용하기 위하여는 높은 선택적투과성 및 안정성이 요구되며 막 제조 조건 및 방법이 최적화되어야 함을 알 수 있었다.

형성방법이 다른 세종류의 TiN기판상에 CVD텅스텐막을 도포할 때의 W의 핵생성 양상을 비교조사하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 반응성 스팟터법에 의하여 형성한 TiN과 NH3분위기에서 RTP처리한 SiH4환원에 의하여 CVD-W막을 증착할 때, 증착속도(deposition rate)는 sputtered TiN>RTP TiN>annealed TiN의 순서로 감소하며, W 핵생성에 대한 잠복기는 sputtered TiN≤RTP TiN<annealed TiN의 순서로 증가하는 경향을 나타낸다. Annealed TiN의 경우에는 열처리공정중 질소분위기내에 불순물로 존재하던 산소가 TiN막내로 들어가 TiN막의 조성이 TiOxNY로 바뀌기 때운에 그 위에서 W의 핵성성이 어려워지고, 증착속도도 낮아진 것이다. RTP-TiN의 미세한 결정립구조는 W의 핵성성과 성장에 유리한 효과를 미치지만, 그것의 높은 압축응력이 W의 핵생성과 성장에 미치는 불리한 효과가 더 크기 때문에, RTP-TiN 기판상에 W를 증착할 경우가 sputtered TiN 기판상에 W를 증착할 경우보다 증착속도가 더 낮고, 잠복기도 더 긴 것으로 사료된다.

SiH4환원에 의한 선택성 CVD-W 공정에서 증착시간과 증착압력에 따른 W막 특성의 변화를 조사하였다. 300˚C, 100mtorr이하에서 W막이 Si기판 전면에 증착되는 데에 약 30초의 시간이 걸렸고, 증착시간에 따라 막 두께는 초기에는 직선적으로, 나중에는 포물선적으로 증가하였으며, 면저항은 초기에는 급히, 나중에는 서서히 감소하는 경향을 나타내었다. 50-300mtorr의 압력범위에서 압력의 증가에 따라 결정립도(grain size)는 별로 변하지 않았으나 결정립계(grain boundary)의 윤곽이 불확실해지는 경향을 나타내었다. 또한 이 압력범위에서는 α-W만 나타날 뿐 β-W의존재는 발견되지 않았다. 증차압력의 증가에 따라 W막의 증착속도가 증가하고, 비저항도 증가하는 경향을 보였다. AES 분석결과에 의하면, 증착압력온 Si/W의 조성비나 W/Si계면에서의 실리사이드화에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.