Transparent and conducting thin films of Ta-doped SnO2 were fabricated on a glass substrate by a pulse laserdeposition(PLD) method. The structural, optical, and electrical properties of these films were investigated as a function ofdoping level, oxygen partial pressure, substrate temperature, and film thickness. XRD results revealed that all the deposited filmswere polycrystalline and the intensity of the (211) plane of SnO2 decreased with an increase of Ta content. However, theorientation of the films changed from (211) to (110) with an increase in oxygen partial pressure (40 to 100mTorr) and substratetemperature. The crystallinity of the films also increased with the substrate temperature. The electrical resistivity measurementsshowed that the resistivity of the films decreased with an increase in Ta doping, which exhibited the lowest resistivity(ρ~1.1×10−3Ω·cm) for 10wt% Ta-doped SnO2 film, and then increased further. However, the resistivity continuouslydecreased with the oxygen partial pressure and substrate temperature. The optical bandgap of the 10wt% Ta-doped SnO2 filmincreased (3.67 to 3.78eV) with an increase in film thickness from 100-700nm, and the figure of merit revealed an increasingtrend with the film thickness.

The microstructure and Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films for various Si and N compositions were studied. Ta-Si-N films of a wide range of compositions (Si: 0~30 at.%, N: 0~55 at.%) were deposited by DC magnetron reactive sputtering of Ta and Si targets. Deposition rates of Ta and Si films as a function of DC target current density for various N2/(Ar+N2) flow rate ratios were investigated. The composition of Ta-Si-N films was examined by wavelength dispersive spectroscopy (WDS). The variation of the microstructure of Ta-Si-N films with Si and N composition was examined by X-ray diffraction (XRD). The degree of crystallinity of Ta-Si-N films decreased with increasing Si and N composition. The Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films with more than sixty compositions was investigated. The Cu(100 nm)/Ta-Si-N(30 nm)/Si structure was used to investigate the Cu diffusion barrier property of Ta-Si-N films. The microstructure of all Cu/Ta-Si-N/Si structures after heat treatment for 1 hour at various temperatures was examined by XRD. A contour map that shows the diffusion barrier failure temperature for Cu as a function of Si and N composition was completed. At Si compositions ranging from 0 to 15 at.%, the Cu diffusion barrier property was best when the composition ratio of Ta + Si and N was almost identical.

통계적 방법을 사용하여 스퍼터 증착한 Ta 박막의 증착속도, 비저항, 면저항 균일도, 반사도, 응력 등의 물성을 측정하고 분석하였다. RS/1의 표면 반응 분석법에 의해 독립변수와 종속변수간의 함수관계를 예측하였으며. 이때 비저항과 면저항의 균일도 측면에서 최적조건은 증착 압력 2 mTorr, 증착 전력 8 W/cm2 및 기판온도 20˚C였다. 실험 모텔의 신뢰성 (fitness)은 풀링(pooling)하지 않은 경우 0.85 ~0.9의 값을 얻었다. 본 조건하에서 증착된 박막은 비저항 180μΩcm와 면저항 균일도 ~ 2%의 값을 가졌다. 투과전자 현미경과 X선 회절법을 이용하여 분석한 결과 증착된 박막은 100~200 정도의 결정립 크기를 갖는 β-Ta 임을 확인하였다.

RF magnetron sputtering 법으로 T a2 O5 세라믹 타겟과 S r2N b2 O7 세라믹 타겟을 동시 sputtering하여 저유전율 S r2(T a1-x , N bx)2 O7(STNO) 박막을 p-type Si (100) 기판 위에 증착하여 NDRO 강유전체 메모리 (Non-destructive read out ferro-electric random access memory)에 사용되는 Pt/STNO/Si (MFS) 구조의 응용 가능성을 확인하였다. Sr2Nb2 O7 (SN O) 타겟과 T a2 O5 타겟의 출력의 비를 100w/100w, 70w/100w, 그리고 50w/100w로 조절하면서 x 값을 달리하여 조성을 변화시켰다. 성장된 박막을 850˚C, 900˚C, 그리고 950˚C에서 1시간 동안 산소 분위기에서 열처리하였다. 조성과 열처리 온도에 따른 구조적 특징을 XRD에 의해 관찰하였으며 표면특성은 FE-SBM에 의해 관찰하였고, C-V 측정과 I-V 측정으로 박막의 전기적 특성을 조사하였다. SNO 타겟과 T a2 O5 타켓의 출력비에 따른 STNO 박막의 성장 결과 70W/170W의 출력비에서 성장된 STNO박막에서 Ta의 양이 상대적 맡은 x=0.4였으며 가장 우수한 C-V 특성 및 누설 전류 특성을 보였다. 이 조성에서 성장된 STNO박막은 3-9V외 인가전압에서 메모리 윈도우 갑이 0.5-8.3V였고 누설전류밀도는 -6V의 인가전압에서 7.9×10-8A /cm2였다.

Ta(OC2H5)5와 NH3를 이용하여 Cycle-CVD법으로 산화탄탈륨 막을 증착하였다. Cycle-CVD법에서는 Ta(OC2H5)5와 NH3사이에 불활성 기체를 주입한다. 하나의 cycle은 Ta(OC2H5)5주입, Ar주입, NH3 주입, Ar 주입의 네 단계로 이루어진다. Cycle-CVD법으로 산화탄탈륨 막을 증착할 때, 온도 250-280˚C에서 박막의 증착 기구는 원자층 증착(Atomic Layer Deposition:ALD)이었다. 265˚C에서 Ta(OC2H5)5:Ar:NH3:Ar:NH3:Ar의 한 cycle에서 각 단계의 주입 시간을 1-60초:5초:5초:5초로 Ta(OC2H5)5 주입 시간을 변화시키면서 산화탄탈륨 막을 Cycle-CVD법으로 증착하였다. Ta(OC2H5)5주입시간이 증가하여도 cycle 당 두께가 1.5Å/cycle로 일정하였다. 265˚C에서 증착된 박막의 누설 전류는 2MV/cm에서 2x10-2A/cm2이었고 열처리후의 산화탄탈륨 막의 누설 전류값은 10-4Acm2 이하고 감소하였다. 증착한 산화탄탈륨 막의 성분을 Auger 전자 분광법으로 분석하였다. 265˚C에서 증착한 막의 성분은 탄탈륨 33at%, 산소 50at%, 탄소 5at%, 질소 12at% 이었으며 900˚C, O2300torr에서 10분 동안 열처리한 박막은 탄탈륨 33at%, 산소 60wt%, 탄소 4at%, 질소 3at%이었다. 박막의 열처리 온도가 높을수록 불순물인 탄소와 질소의 박막 내 잔류량이 감소하였다. 열처리 후의 박막은 O/Ta 화학정량비가 증가하였으며 Ta의 4f7/5와 4f 5/2의 결합 강도가 열처리 전 박막보다 증가하였다. 열처리 후 누설 전류가 감소하는 것은 불순물 감소와 화학정량비 개선 및 Ta-O 결합 강도의증가에 의한 것으로 생각된다.

Ar 및 Ar과 N2 분위기하에서 rf 마그네트론 스퍼터링방법으로 Ta-AI과 Ta-AI-N합금막을 제조하였다. Ta-7.9at.% AI계열, Ta-26.7 at% AI게열과 Ta-45.4at.%AI계열에 Ar에 대한 질서유량비로 26%까지 질소를 첨가하여 Ta-AI-N박막을 증착한후, 300-600˚C온도 구산에서 열처리 전후의 구조 및 전기적 특성과 열적안정성을 통하여 레지스터의 적용가능성을 조사하였다. 구조 및 조성 분석은 X-선 회절과 Rutherford Backscattering Spectrometry(RBS)로 관찰하였고 열적안정성은 4단자법(four point probe method)을 이용한 저항변화를 통하여 측정하였다. 순수 Ta에 AI을 첨가하면 확장된 β(β-Ta)N 합금박막에서 가장 열적안정성이 우수하게 나타났던 질소첨가 범위는 Ta Nhcp또는 TaN/ sub fcc/또는 Ta Nfcc와 비정질과의 혼합상순으로 상천이를 나타내었다. Ta-AI-N 합금박막에서 가장 열적안정성이 우수하게 나타났던 질서첨가 범위는 Ta-26.7at. % AI계열의 경우 19-36at.% N2구간이었고, Ta-45.5at.% AI계열의 경우는 30-45at.%구간이었다. Ta-AI합금박막은 질소가 첨가되지 않아도 열처리 온도 및 시간에 따라 약 10% 이내의 비교적 작은 저항변화를 보여 열적안정성이 우수하지만 질소를 첨가하여 Ta-AI-N합금박막을 형성시킬경우, 증착된 상태에서 이미 큰 비저항을 나타내었고 열처리 동안 3%이내의 매우 작은 저항변화를 나타내었기 때문에 레지스터용 재료로써 열적안정성에 대한 잠재력이 크다. 크다.

열산화 및 PECVD법으로 p-type(100)Si wafer위에 Ta2O5, 박막을 형성한 후 이들 박막의 전기적 특성과 박막응력 상호간의 관계를 연구하였다 열산화 시편의 경우 dc magnetron sputtering법으로 Ta을 증착시킨 후에 산화온도와 시간을 변수로 열산화시켜 박막을 형성시켰으며 PECVD 시편의 경우 RF power density를 변화시켜가면서 박막을 형성시켰다. 이들 박막의 전기적 특성과 박막응력을 조사하여 전기적 특성과 박막응력 상호간의 관계를 조사한 결과 열산화 박막의 경우 누설전류와 박막응력은 독립적인데 반해 PECVD 박막의 경우 박막응력의 절대값은 누설전류가 증가함에 따라 증가하였다.

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.

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.