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.

TiN은 기상반응법으로 티타늄판과 질소가스의 질화반응에 의해 제조되었다. δ-TiN은 약 1100-1400˚C의 온도 범위에서만 형성되는데 반해, 1100˚C이하의 온도에서는 ε-TiN 상도 관찰할 수 있었다. δ-TiN의 미소정도값은 3000±300kg/mm2였고, 격자상수는 0.4226μm였다. 가스의 유동속도가 0.7ℓ/min의 속도이하에서는 확산과정에 의해 지배됨을 알 수 있었다. 활성화에너지가 1100˚C이상에서는 67.6Kcal/mol이었고 1100˚C이상에서는 13.9Kcal/mol이었던 것으로 보아 반응메커니즘이 1100˚C를 기점으로 변한다는 것을 명백히 관찰할 수 있었다. 그리고 증착속도가 확산과정에 의해 지배되는 영역에서 TiN의 증착속도는 전체 유량의 제곱근에 비례하였다.

차세대 반도체 배선분야에서, Cu박막은 현재의 AI을 대체할 물질로서 대두되고 있으며 CVD에 의한 선택적 증착은 Cu의 patterning과 관련하여 상당한 관심을 일으키고 있다. 본 연구에서는 (hfac)Cu(VTMS)의 유기원료를 사용하여, CVD공정변수, 운반기체, 표면 처리 공정에 따른 SiO2, TiN, AI기판에 대한 선택성을조사하였다. 선택성은 저온(150˚C), 저합(0.3Torr)에서 향상될 수 있었으며, 특히, HMDS in-situ-predosing공정에 의해 더욱 향상될 수 있었다. 모든 경우에 대해, H2운반기체가 Ar 보다 짧은 incubation time과 높은 증착 속도가 얻어졌으며, Cu입자들의 크기가 작고 연결상태가 보다 양호하였다. 이는 H2경우에 기판표면에 원료가 흡착되어 핵을 형성시키는 위치 (-OH)가 보다 많이 제공되기 때문으로 여겨진다. 이러한 미세구조의 차이는 H2경우에 보다 낮은 비저항을 얻게 했다. HMDS in-situ predosing공정에 의한 Cu박막내 불순물 차이는 없었으며 뚜렷한 비저항의 차이도 나타나지 않았다.

HMDS[Si2(CH3)6]단일 선구체를 이용하여 화학증착 방법으로 성장된 3C-SiC/Si(001) 이종접합박막의 특성을 XRD, 라만 스펙트럼 및 투과전자현미경(TEM)등을 이용하여 조사하였으며 시판되고 있는 상용 3C-SiC/Si 시편을 같은 방법으로 분석하여 특성을 비교검토하였다. C3H8-SiH4-H2혼합가스를 선구체로 이용하여 5μm두께로 성장된 상용 3C-SiC/Si 이종접합박막 시료의 XRD스펙트럼에서는 강한 3C-SiC(002)피크 만이 관찰되었으며, 라만 스펙트럼의 LO피크는 970nm-1 정도에서 강하게 나타났다. TEM 관찰 결과 다수의 전위, 쌍정, 적층결함 및 APB와 같은 결정결함들이 3C-SiC/Si 계면 근처에 집중적으로 분포되어 있었으며 성장된 박막은 단결정임을 확인할 수 있었다. 선구체로 HMDS를 사용하여 0.3μm 및 2μm 두께로 성장시킨 3C-SiC/Si 박막 시료의 XRD 스펙트럼은 다소 완만한 3C-SiC(002) 피크와 함께 3C-SiC(111)피크가 관찰되었으며, TEM으로 확인한 결과 소경각 결정립들이 약 5˚-10˚ 정도 방위차를 가지고 성장하여 기둥구조(columnar structure)를 이루고 있기 때문임을 알 수 있었다. 라만 스펙트럼 분석 결과 박막의 LO 피크가 967-969nm-1정도로 다소 낮은 wavenumber쪽으로 이동되어 박막 내에 상당한 응력이 존재함을 확인할 수 있었다. 이와 같은 HMDS 3C-SiC박막의 특성은 성장 온도가 낮고 박막 성장용 가스로 사용한 HMDS 선구체에서 탄소가 과잉으로 공급되기 때문으로 제안되었다.다.

TMS(tetramethysilane, Si(CH3)4)를 이용하여 RTCVD(rapid thermal chemical vapor deposition)장치에서 Si(111) 기판 위에 β-SiC(111)를 성장시켰다. 실험변수로는 반응온도, TMS유량, 반응시간, H2유량을 변화시켰으며, XRD, IR, SEM, RBS, TEM등을 이용하여 성장된 박막을 분석하였다. 성장된 박막은 crystallized Si, C또한 Si-H, C-H결합은 관찰할 수 없었으나 다결정이었다. TMS의 유량이 증가함에 따라, 성장온도가 감소함에 따라서 미려한 박막을 성장시킬 수 있었으며, 반응의 활성화에너지는 20kcal/molㆍK이었다.

반도체 메모리 소자에 이용되는 하부전극의 Pt 박막을 MOCVD 증착방법을 이용하여 SiO2(100nm)/Si 기판위에 증착하였다. 반응개스로 O2개스를 사용하였을 경우에 순수한 Pt 박막을 얻었으며 증착층은(11)우선방향을 가지고 성장하였다. 증착온도가 450˚C에서는 결정립 경계에 많은 hole이 형성되어 박막의 비저항을 증가시켰다. MOCVD에 의해 얻어진 Pt 박막은 전 증착온도범위에서 인장응력을 가지고 있었으며 400˚C이상의 온도에서 hole이 형성되면서 응력은 감소하였다. MOCVD-Pt 위에 PEMOCVD로 증착한 강 유전체 SrBi2Ta2O9박막은 균일하고 치밀한 미세구조를 보였다.

본 연구에서는 BPSG(borophosphosilicate glass)/SiO2/Si 기판상에 5000Å의 구리박막을 화학증착한 후 Ar 분위기하 250-550˚C, 5-90초 급속열처리하여 열처리 전후의 결정구조, 면저항, 미세구조의 박막특성 변화를 분석하였다. 후열처리된 구리박막에서는 결정성 및 (111) 배향의개선과 함께 결정립 성장이 확인되었으나, 구리의 표면산화반응과 BPSG 내로의 급속한 확산에 의해 전기적 특성의 개선은 미미하였다. 그리고 열처리 박막내에는 구리 실리사이드상의 형성이 발견되지 않았으며, 250˚C/90초의 저온 장시간 또는 550˚C/20초의 고온 단시간 조건에서 전형적으로 나타나는 Cu2O 상이 시편의 전기비저항 증가와 표면열화에 직접적으로 영향을 미쳤다. 또한, 이들 결과로부터 급속열처리법에 의한 Cu/BPSG 열처리의 공정범위를 규명할 수 있었다.

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.

화학증착기에 의한 실리콘막의 증착에서 증착기의 기초 진공도는 잔류가스로부터 실리콘 막내로 유입되는 oxygen, carbon과 같은 분순물의 양을 결정하며, 따라서 증착 거동 및 막의 결정성에 영향을 줄 수 있는 공정 변수이다. 본 연구에서는 고진공 화학증착기를 이용하여 기초 진공도는 비정질 실리콘의 증착과 결정화에 미치는 영향을 조사하였다. 높은 기초 진공도는 비정질/결정질 천이 증착온도의 감소를 가져왔다. 또한 비정질 실리콘막의 결정화 속도 및 박막 결정성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 이와 같은 기초 진공도의 영향은 증착시 잔류가스에 함유되는 O, C과 같은 불순물의 영향으로 설명될 수 있었다. 기초 진공도에 따른 실리콘 막의 결정성 향상은 다결정 실리콘 박막 트렌지스터의 구동 특성을 향상시키는 것으로 조사되었다. 기초 진공도가 10-3Torr에서 10-5Torr 로 증가함에 따라 전자 이동도는 17cm2/V.s에서 25cm2/V.s로 증가하였으며 누설전류는 감소하였다.

본 연구에서는 PET(PentaEthoxy Tanatalum:Ta(OC2H5)5) 유기금속 화합물 전구체를 사용하여 차세대 초고집적회로 제조시 고유전체 물질로 유망한 Ta2O5 박막을 열화학증착 방법에 의하여 증착하였다. 본 증착실험을 통하여 여러 가지 운속기체, 기판온도, 반응압력 등의 공정변수가 층덮힘에 미치는 영향을 고찰하였으며 Monte Carlo 전산모사 결과와 기판온도 변화에 따른 층덮힘 패턴의 변화에 대한 실험결과를 비교하여 부착계수를 산출하였다. 운송기체로는 N2, Ar, He을 바꿔가며 실험하였으며 He>N2>Artns으로 층덮힘이 양호한 것으로 나타났다. 이는 운송기체의 종류에 따라 운동량 확산도, 열 확산도, 물질 확산도 등의 이동현상 특성값들이 다르기 때문이라 생각된다. 기판온도의 증가는 운송기체의 종류에 관계없이 층덮힘을 악화시켰으며 도랑내부에서의 Knudsen 확산과 표면반응물의 탈착에 비해 표면반응이 보다 지배적인 역할을 담당함을 알 수 있었다. 또한 질소를 운송기체로 사용한 경우에 부착계수의 겉보기 활성화 에너지는 15.9Kcal/mol로 나타났다. 그리고 3Torr 이하에서 반응압력이 증가하는 반응압력이 증가하는 경우에는 물질 확산도의 감소 효과 때문에 층덮힘이 악화되었다. 본 연구결과 3Torr, 350˚C에서 He 운송기체를 이용한 경우가 가장 우수한 층덮힘을 얻을 수 있는 최적 공정 조건임을 알 수 있었다.

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Dposition) TiN 박막을 다양한 온도와 압력에서 tetrakis-dimethyl-amino-titanium(TDMAT (Ti[N(CH3)2]4))의 자체 열분해와 NH3와의 반응을 사용하여 형성하였다. 비저항은 박막내의 불순물 함량에 의존하였는데 특히 XPS curve fitting 결과 주요 불순물인 탄소와 산소 같은 불순물들이 박막내에서 다양한 침입형화합물을 만들어 박막의 물리적, 전기적 특성에 영향을 준다는 것을 알았다. Metal-organic source만을 사용하여 TiN을 형성할 경우 지름이 0.5μm이고 aspect ratio가 3:1인 구멍에서 step coverage가 매우 우수하였으나 NH3를 흘림에 따라 step coverage가 감소하는 것이 SEM으로 확인되었는데 이는 각각의 활성화에너지와 관련된 것으로 보인다.

Si3N4가 추진기관 연소조건 하에서 흑연의 산화와 마모를 효과적으로 방지하는 다층 코팅재료로 쓰일 수 있도록 하기 위하여 저압화학기상증착법(LPCVD)으로 Si3N4를 코팅할 때의 증착특성에 대해 연구하였다. 흑연 위에 pack cementation방법으로 SiC를 코팅하고 그 위에 저압화학기상증착법으로 Si3N4를 코팅 하였으며, 증착온도와 반응기체입력비를 변화시키면서 이에 따른 증착속도와 표면형상의 변화를 관찰하였다. 증착속도는 증착온도가 높아짐에 따라 처음에는 증가하다가 최대값을 나타낸 후 감소하는 경향을 나타냈으며, 그레인의 크기는 증착온도가 높아짐에 따라 작아지는 경향을 보였다. 한편, 반응기체의 입력비가 20≤NH3/SiH4≤40인 조건에서는 증착속도의 변화나 표면형상의 변화를 관찰할 수 없었다. 증착온도 800~1300˚C 범위에서 증착된 Si3N4가 비정질상인 것을 XRD로 확인할 수 있었으며 1300˚C, 질소 분위기에서 2시간 동안 열처리하여 결정상인 Si3N4를 인을 수 있었다.

저압 유기금속 화학 증탁법에 의하여 Pt/Ti/SiO2/Si 기판위에 (Ba1-x , Srx)TiO/3박막이 제조 되었다. 제조된 BST 박막의 결정화도는 증착온도가 증가함에 따라 (100)방향으로 우선 성장하였다. 900˚C에서 증착한 BST 박막은 100kHz의 주파수에서 유전상수가 365, 유전손실이 0.052를 나타내었다. 인가전계에 따라 축전용량의 변화가 작은 상유전 특성을 보였으며 0.2MV/cm인가 전계에서 축적 전하 밀도(charge storage density)는 60fC/μm2을, 0.15MV/cm인가 전계 영역에서 누설 전류밀도(leakage current density)는 20nA/cm2을 나타냈다.냈다.

원거리 플라즈마 화학증착법을 이용하여 저온에서 이산화규소박막을 제조하였다. 본 연구 에서는 공정변수인 기판의 온도, 반응기체의 조성 및 분압과 플라즈마 전력에 따른 산화막의 재료적인 물성을 평가하였다. XPS결과에서 산화막은 양론비(O/Si=2)보다 약간 적어 실리콘이 많이 함유된 막으로 나타났다. 이 경우 굴절율과 ESR분석에 의해 미결합된 실리콘의 양이 증가함을 알 수 있었다. SIMS분석에 의해 미량의 질소성분이 계면에 존재하는 것과 실리콘 미결함을 관찰하였다. FT-IR로부터 막내 수소량을 정량화하였으며 결합각 분포는 200˚C이상에서 열산화막과 비슷한 값을 얻었다. 하지만 열산화막에 비해 높은 식각율을 보여 계면 스트레스에 의해 막내의 결합력이 약해진 것으로 생각된다.

Cu(hfac)2,(Cu(II) hexafluoroacetylacetonate)를 프리커서로 하는 구리 화학증착에 대해 자유에너지 최소화법으로 열역학적 평형조성 계산을 수행하였다. Cu(hfac)2-Ar계의 경우Cu(hfac)2 프리커서 자체의 열분해로부터 모든 공정조건에서 증착박막내로의 탄소 출입이 관찰되었다. Cu(hfac)2-H2,계에서는 Cu(hfac)2-Ar계보다 낮은 온도에서 구리박막이 증착되며, H2입력비 및 반응온도의 증가에 따라 응축상의 석출형태는 C(s)+CuF(s)로부터 C(s)+CuF(s)+Cu(s), C(s)+Cu(s), Cu(s), C(s)의 순으로 변화되는 것으로 나타났다.

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.