Sputtering 방법을 통해 Si기판 위에 Ti와 TiN박막을 증착하고 저압 반응관내에서 Cu*hfac)(TMVS)를 precursor로 사용 MOCVD Cu박막을 증착하여 Cu/TiN/Ti/Si구조의 다층박막을 제조하였고 이에 대한 열처리 방식 및 분위기 변화 등을 통해 열처리 조건에 따른 Cu 박막의 특성 변화에 대해 조사하였다. 열처리 방식으로는 Cu박막을 형성한 후 공기 중에 노출이 없이 바로 열처리하여 Cu산화물 형성을 억제할 수 있는 in-situ열처리 방식이 유리하고, 열처리 분위기로는 Cu 박막의 표면이나 결정립계 내에 존재하는 Cu 산화물을 환원시켜 줄 수 있는 H2(10%)/Ar분위기가 표면평탄화, 결정립 크기 증가 및 비저항 감소측면에서 우수한 특성의 Cu박막을 얻을 수 있음을 확인하였다.

Si(100)기판상에 여러 가지 두께의 Au박막을 선행 증착(pre-deposition)한 후, 각각의 Au박막상에서의 Cu-MOCVD박막의 초기 핵생성과 성장 기구를 고찰하였고, 또한 각 계면에서의 상호 확산 거동을 여러가지의 분석 장비를 이용하여 조사하였다. 30Å두께의 Au 박막은 수소 가스 분위기중의 열처리에 의하여 평탄한 표면 상태에서 불연속의 응집된 도상(island)형태로 변화(Si 전체 표면중 약 20%)하였다. 반면에 1500Å두께의 Au박막상에서 성장한 Cu-MOCVD박막은 두께 증가에 따른 미세구조의 차이, 즉 Cu박막중으로 Au원자의 확산여부는 Au박막에 유기되는 열응력(thermal stress)을 완화하는 과정에서 일어난 결과이다.

TDEAT(TI[N(C2H5)2]4)와 NH3반응기체를 이용하여 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)TiN 박막을 형성하였다. 반응기체들은 chamber내에 주입하기 전에 적절한 기상반응을 유도시켜 주었으며, TiN박막 형성에 미치는 예비혼합 효과를 관찰하였다. 두 반응기체의 예비혼합을 이용하여 낮은 탄소의 함유와 함께 -800μΩㆍcm의 비교적 낮은 비저항을 나타내었다. 또한 NH3의 유량 증가에 따라 도포성이 상당히 증가되고 있는데 이같은 도포성 향상 효과는 기상반응에 의하여 형성되는 중간상의 낮은 흡?계수에 기인하는 것으로 여겨진다. QMS(Quadruple Mass Spectrometer)분석을 이용하여 두가지 경쟁적 반응을 포함한 전체 반응식을 제시하였다. TDEAT/NH3혼합증착원의 경우 particle이 관찰?지 않았으며 이것은 기상반응의 정도를 효과적으로 조절한데 기인하는 것으로 여겨진다. 결과적으로 반응기체의 예비혼합은 막질 및 도포성 개선과 함께 particle생성억제에 매우 효율적인 방법임을 알 수 있었다.다.

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.

저압 유기금속 화학증착법을 사용하여 AIGaInP층의 diethylzinc의 III족 원소(AO, Ga, In)에 대한 비와 성장온도 변화에 따른 Zn(acceptor)의 첨가 농도특성을 연구하였다. Diethylzinc의 III족 원소(AI, Ga, In)비를 0.4에서 2.0까지 변화시켜 본 결과 0.85일 때 가장 높은 acceptor 농도를 가졌으며, 성장온도를 690˚C에서 800˚C까지 변화시킨 결과 성장온도에 대한 변화는 690˚C-730˚C일 때 온도가 증가함에 따라 acceptor농도는 커졌으며, 그 이상에서는 감소하였다. 또한, 성장속도가 빠를수록 높은 acceptor 농도를 가지게 되어 3.3μm/hr의 성장속도일 때 8x1017/㎤의 가장 높은 acceptor 농도를 얻을수 있다.

InP 기판위에 InP와 격자정합된 undoped-InGaAs에서 zine의 확산 특성을 Electrochemical Capacitance-Voltage 법(polaron)과 Secondary Ion Mass Spectrometry(SIMS)로 조사하였다. Metallorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD)를 이용하여 undoped-InGaAs 층을 성장시켰으며 확산방법으로는 Zn3P2 확산원 박막과 Rapid Thermal Annealing (RTA)를 이용하였다. 450-550˚C온도범위에서 30-300초 동안 확산을 수행한 결과 zinc의 확산계수는 D=Doexp(-δE/kT)의 특성을 만족하였으며, Do와 δE는 각각 1.3x105cm2/sec와 2.3eV였다. 얻어진 확산계수는 다른 확산방법을 이용한 값들에 비해 매우 큰 값인데, 이것은 RTA 처리시 빠른 온도 증가에 의한 확산원 박막, 보호막, 그리고 InGaAs 에피층이 가지는 열팽창계수의 차이로인한 응력의 효과에 의한 것으로 생각되며, 이를 sealed-ampoule 법을 사용한 경우의 확산특성과 비교를 통하여 확인할 수 있었다.

초음파분무를 이용한 MOCVD법으로 강유전 BaTiO3 박막을 제조하였다. 초음파 분무 MOCVD법은 비교적 저온에서도 후열처리없이 결정화된 박막의 제조가 가능하다. 증착한 박막은 기판온도가 증가할수록 (110) 우선 배향성을 가졌으며, 기판온도에 따라서 서로 다른 결정상을 나타내었다. 기판온도가 550˚C인 경우에 증착한 박막은 결정화가 완전히 진행되지 않았으며, 결정립의 크기도 매우 작아 상온에서 입방정상의 특성을 보였다. 600˚C에서 증착한 박막은 결정화가 진행되어 입자의 크기는 성장하였으나 의사 입방정상을유지하고 있었다. 반만 650˚C에서 증착한 박막은 결정화뿐만 아니라 주상으로 성장하여 수직 방향으로는 박막 두께의 크기를 가져 CV 특성에서 이력곡선을 보였으며, 정전용량의 온도 변화에 따른 특성에서도 상전이의 특성을 나타내었다.

Tetrakis-Diethylamido-Titanium(TDAET) 기체를 이용한 TiN 박막의 막질, 성장률, 및 도포성에 운반기체(N2, He)가 미치는 효과에 관한 조사를 하였다. TiN 박막의 막질과 성장속도는 운반기체에 의해 상당히 많은 영향을 받고 있으며, He 운반기체를 사용하였을 때 성장속도는 낮으나 낮은 비저항(-2500μΩ-cm)과 낮은 산소 함량을 갖는 박막을 얻을 수 있었다. He 운반기체를 이용하여 증착된 TiN 박막은 대기 중에 노출시켰을 때 비저항이 더 이상 증가하지 않는 안정된 박막 특성을 보이고 있었다. 이와는 대조적으로, N2 운반기체에 따라 다르게 나타나는 막질의 안정성은 막 중에 함유된 산소량에 기인하는 것으로 판단된다. 또한 TDEAT 단일 증칙원 공정에서의 도포성은 aspect ratio가 2.0인 접촉창에서 18-65%인 값을 얻을수 있었고, He 운반기체의 경우항상된 도포성이 얻어졌다.

본 연구에서는 TIMA를 전구체로 하는 수직형 MOCVD 반응기를 대상으로 수학적 모델을 세우고 컴퓨터에 의한 수치모사를 수행하여 반응기 설계 변수 및 공정조건이 AI의 증착속도와 증착두께 분포에 미치는 영향을 알아보았다. 수학적 모델은 수직형 반응기를 축대칭으로 보아 2차원으로 수립하였으며 반응기내의 운동량전달, 열전달, 물질전달을 포함한다. 이 수학적 모델의 지배 방정식들에 대하여 Galerkin 유한요소법을 적용하여 수치적으로 반응기 내의 유체 흐름 구조, 온도분포와 반응물의 농도 분포를 구하였다. 수치모사 결과 AI의 증착속도는 반응기 압력이 0.47torr, 기판온도가 250˚C, 유량이 7.5sccm일 경우, 190-230Å/min로 나타났다.

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.

Titanium oxide(TiO2) 박막을 금속 알콕사이드 물질인 (Ti(OC3H7)4(titanium isopropoxide)를 이용하여 p-Si(100) 기판위에 상압 화학 기상 증착법으로 증착시켰다. (TiO2) 박막의 증착기구는 단순경 계층 이론으로 잘 설명되었으며, 화학반응 지배 기구 영역에서 겉보기 활성화 에너지는 18.2kcal/mol이었다. 증착된 박막은 250˚C이상에서 anatase상의 결정질 박막이었으며, 고온에서 열처리를 했을 경우에 rutile상으로 전이하였다. 박막의 상전이에는 열처리 온도외에도 열처리 시간과 박막의 두께가 영향을 미쳤다. 정전용량-전압특성을 조사해 본 결과 전형적인 MOS 다이오드구조의 특성을 보였으며, 비유전율 상수는 약 80정도였다. 제조한 (TiO2) 박막의 열처리 공정 후에는 정전용량이 감소하였으며, 첨가물을 사용한 박막은 열처리 전과 같았다. 이때 VFB는 -0.5 ~ 1.5V였다. 전기전도 특성을 알아보기 위하여 전류-전압특성을 조사하였으며 증착된 박막의 전도기구는 hopping mechanism이었다. 전기적 특성을 개선하기 위해서 후열처리 방법과 박막 증착시 Nb, Sr을 첨가하였으며, 모두 누설전류의 감소와 정전파괴전압의 증가를 가져왔다.