Ti films were deposited on glass substrates under various preparation conditions in a chamber of two-facing-target type dc sputtering; after deposition, the electric resistivity values were measured using a conventional four-probe method. Crystallographic orientations and microstructures, including the texture and columnar structure, were also investigated for the Ti films. The morphological features, including the columnar structures and surface roughness, are well explained on the basis of Thornton’s zone model. The electric resistivity and the thermal coefficient of the resistivity vary with the sputtering gas pressure. The minimum value of resistivity was around 0.4 Pa for both the 0.5 μm and 3.0 μm thick films; the apparent tendencies are almost the same for the two films, with a small difference in resistivity because of the different film thicknesses. The films deposited at high gas pressures show higher resistivities. The maximum of TCR is also around 0.4 Pa, which is the same as that obtained from the relationship between the resistivity and the gas pressure. The lattice spacing also decreases with increasing sputtering gas pressure for both the 0.5 μm and 3.0 μm thick films. Because they are strongly related to the sputtering gas pressures for Ti films that have a crystallographic anisotropy that is different from cubic symmetry, these changes are well explained on the basis of the film microstructures. It is shown that resistivity measurement can serve as a promising monitor for microstructures in sputtered Ti films.

Metal films (i.e., Ti, Al and SUH310S) were prepared in a magnetron sputtering apparatus, and their cross-sectional structures were investigated using scanning electron microscopy. The apparatus used consisted of a cylindrical metal target which was electrically grounded, and two anode rings attached to the top and to the bottom of the target. A wire was placed along the center-line of the cylindrical target to provide a substrate. When the electrical potential of the substrate was varied, the metal-film formation rate depended on both the discharge voltage and the electrical potential of the substrate. As we made the magnetic field stronger, the plasma which appeared near the target collected on the plasma wall surface and thereby decreased the bias current. The bias current on the conducting wire was different from that for cation collection. The bias current decreased because the collection of cations decreased when we increased the magnetic-coil current. When the substrate was electrically isolated, the films deposited showed a slightly coarse columnar structure with thin voids between adjacent columns. In contrast, in the case of the grounded substrate, the deposited film did not show any clear columns but instead, showed a densely-packed granular structure. No peeling region was observed between the film and substrate, indicating good adhesion.

Ba(Ti,Sn)O3 thin films, for use as dielectrics for MLCCs, were grown from Sn doped BaTiO3 sourcesby e-beam evaporation. The crystalline phase, microstructure, dielectric and electrical properties of films wereinvestigated as a function of the (Ti＋Sn)/Ba ratio. When BaTiO3 sources doped with 20~50mol% of Sn wereevaporated, BaSnO3films were grown due to the higher vapor pressure of Ba and Sn than of Ti. However, itwas possible to grow the Ba(Ti,Sn)O3 thin films with ≤15mol% of Sn by co-evaporation of BTS and Ti metalsources. The (Ti＋Sn)/Ba and Sn/Ti ratio affected the microstructure and surface roughness of films and thedielectric constant increased with increasing Sn content. The dielectric constant and dissipation factor ofBa(Ti,Sn)O3 thin films with ≤15mol% of Sn showed the range of 120 to 160 and 2.5~5.5% at 1KHz,respectively. The leakage current density of films was order of the 10−9~10−8A/cm2 at 300KV/cm. The researchresults showed that it was feasible to grow the Ba(Ti,Sn)O3 thin films as dielectrics for MLCCs by an e-beamevaporation technique.

The structural and electrical properties of amorphous BaSm2Ti4O12 (BSmT) films on a TiN/SiO2/Si substrate deposited using a RF magnetron sputtering method were investigated. The deposition of BSmT films was carried out at 300˚C in a mixed oxygen and argon (O2 : Ar = 1 : 4) atmosphere with a total pressure of 8.0 mTorr. In particular, a 45 nm-thick amorphous BSmT film exhibited a high capacitance density and low dissipation factor of 7.60 fF/μm2 and 1.3%, respectively, with a dielectric constant of 38 at 100 kHz. Its capacitance showed very little change, even in GHz ranges from 1.0 GHz to 6.0 GHz. The quality factor of the BSmT film was as high as 67 at 6 GHz. The leakage current density of the BSmT film was also very low, at approximately 5.11 nA/cm2 at 2 V; its conduction mechanism was explained by the the Poole-Frenkel emission. The quadratic voltage coefficient of capacitance of the BSmT film was approximately 698 ppm/V2, which is higher than the required value (<100 ppm/V2) for RF application. This could be reduced by improving the process condition. The temperature coefficient of capacitance of the film was low at nearly 296 ppm/˚C at 100 kHz. Therefore, amorphous BSmT grown on a TiN substrate is a viable candidate material for a metal-insulator-metal capacitor.

Ti과 Si의 비가 서로 다른 종류의 타 을 Ar/N2의 혼합기체를 사용하여 rf magnetron sputtering방법으로 증착된 Ti-Si-N박막의 증착특성에 대해 연구하였다. Ti-Si-N박막의 조성과 증착률은 각 타 Ti/Si의 비율과 증착시의 질소기체의 유량에 따라 크게 변하였다. 이것은 Ti과 Si의 nitriding 정도의 차이로 인한 서로 다른 sputter yield에 의한 것으로 나타났다. Si이 비교적 적게 포함된 Ti-Si-N박막은 증착시부터 박막내 TiN의 결정화가 일어났으며, 낮은 비저항을 나타내었다. N의 함량의 증가는 박막의 밀도와 압축응력을 증가시켜 Ti-Si-N박막의 확산방지 능력에 큰 영향을 미치는 인자로 나타났다. 본 연구에서 N2의 유략과 타 의 Ti/Si비율을 조절함으로써 효율적인 확산방지막인 Ti-Si-N 박막의 공정조건을 확립할 수 있었다. 박막의 공정조건을 확립할 수 있었다.

다양한 Zr/Ti 비율을 갖고 있는 강유전체 PZT박막을 졸-겔 법으로 증착하였고 상부 백금전극의 제조방법과 열처리온도의 변화에 따라 강유전체 특성을 측정하여 이력곡선의 변형 원인을 조사하였다. Pt/PZT/Pt 캐패시터는 상부 백금전극을 반응성 이온 식각(RIE) 하는 과정에서 생성된 dc plasma 전압에 의하여 양의 방향으로 분극되었고 도메인 계면에 포획된 전하에 의해 내부전장이 발생되었다. PZT 박막은 sputtering으로 상부전극을 증착하는 과정에서 이력곡선의 중간에 잘룩하게 되는 시효현상이 관찰되었다. 상부전극을 제작한 후 열처리는 포획된 전하를 제거시켜 양호한 이력곡선 특성을 되찾게 하였다. Zr/Ti 비율이 감소함에 따라 내부전장이 증가하였으며 내부전장이 없어지는 열처리온도가 증가하였다.

Underlayer의 종류 및 두께가 Al 박막의 배향성 및 면저항 변화에 미치는 영향을 연구하였다. Al의 underlayer로서 sputtering 방식으로 증착되는 Ti와 TiN이 적층된 구조인 Ti/TiN이 사용되었으며, 각각에 대해 두께를 변화시키면서 Al 박막의 배향성, 면저항을 조사하였고, 400˚C, N2 분위기에서 열처리하면서 면저항의 변화를 조사하였다. Ti만을 Al의 underlayer로 사용한 경우, Ti두께가 10nm 이상이면 우수한 Al<111> 배향성을 나타냈으며 Al-Ti 반응 때문에 열처리 후 Al 배선의 면저항이 크게 상승하였다. Ti와 Al사이에 TiN을 적용함에 의해 Al<111> 배향성은 나빠지나 Al-Ti 반응에 의한 면저항의 증가는 억제할 수 있었다. Ti/TiN underlayer의 경우, 우수한 Al<111> 배향성을 확보하기 위한 Ti의 최소두께는 20nm이었고, Al-Ti 반응을 억제하기 위한 TiN의 최소두께는 20nm이었다.

Ti-6Al-4V 합금을 타겟트로 사용하여 유리 기판위에 dc reactive magnetron sputtering법으로 N2/(Ar+N2) 비, 기전력 및 시간등의 여러 가지 증착 조건에서 Ti-6Al-4V-N 필름을 증착하였고, 각각의 증착 조건에 따른 결정구조 및 우선방위 거동은 X-선 회절장치를 사용하여 조사하였다. Ti-6Al-4V-N 필름은 본질적으로 fcc 결정구조의 δ-TiN에 Al과 V이 결함으로서 고용된 변형된 형태의 δ-TiN구조이고, TiN의 격자상수(4.240 )보다 작은 값을 나타내었는데, 이는 Ti(1.47 )에 비하여 상대적으로 원자반경이 작은 Al(1.43 )과 V (1.32 )이 Ti의 격자위치에 치환된 결과이다. 그리고 Ti-6Al-4V-N 필름은 N2가스 분압이 감소됨에 따라 (111) 우선방위 성장거동을 하였을 뿐만아니라 증착시간의 증가에 따라 뚜렷한 (111) 우선방위 성장거동을 나타내었다. 그리고 증착속도 및 결정입도의 거동 또한 여러 가지 증착 조건에 크게 의존한다

하부전극 없이 MgO 중간층을 갖는 고농도로 도핑된 Si(100) 기판(MgO/Si)위에 고주파 마그네트론 스퍼터링 방법으로 as-deposited PZT 박막을 증착한후 650˚C 온도에서 RTA 후속열처리를 실시하였다. 제작된 PZT 박막시료에 대해 MgO 중간층의 두께 및 후속열처리에 따른 결정학적, 전기적특성을 조사하였다. XRD 분석결과 MgO층이 전혀 증착되지 않은 bare Si 기판위에 증착된 PZT 시료는 pyrochlore 결정상만이 나타났으나 50 두께의 M gO층 위에 증착된 PZT/MgO/Si 박막시료는 전형적인 perovskite 결정구조를 나타내었다. SEM 및 AES 분석결과 PZT 박막두게는 약 7000 이었으며 비교적 매끄러운 계면형상을 보여 주었다. PZT 박막내의 각 성분원소가 깊이에 따라 비교적 균일한 분포를 나타내었다. 650˚C의 온도로 후속열처리된 PZT/MgO/Si 박막의 1KHz 주파수에서 유전상수 (εr )와 잔류분극 (2Pr)은 약 300 및 14μC/cm2의 값을 각각 나타내었으며 누설전류의 크기는 약 3.2μA/cm2이었다.

(111)과 (100)우선방위의 정방정계의 Pb(Zr0.2, Ti0.8)O3박막의 강유전체 특성과 신뢰성특성을 상부 전극의 두께를 변화시키면서 연구하였다. (111)우선방위의 박막이 (100)우선방위의 박막보다 큰 잔류분극과 항전계 값을 갖고 있어 정방형의 이력곡선 특성을 보여주었다. 스위칭전하의 상부전극의 두께 의존성은 상부전극을 열처리 할 때 유도되는 압축응력에 의한 stress효과로 설명할 수 있었다. 상부전극의 두께가 얇은 박막은 초기에는 작은 스위칭 전하를 갖고 있으나 스위칭 횟수가 증대됨에 따라 기계적인 응력의 감소로 인하여 부분 수위칭 영역이 확대되어 내구성이 향상되었다.

ECR-PECVD법을 사용하여 450-490˚C이하의 온도에서 Pt/SiO2/Si기판 위에 PZT 박막을 증착하였다. 기판 온도가 460˚C 이하일 경우에는 페로브스이트 상과 제2상으로 이루어진 박막이 성장하였으며 기판온도가 470˚C이상일 때에는 페로브스카이트 단일상의 PZT 박막이 성장하였다. 490˚C에서 매우 얇은 페로브스카이트의 PZT 박막을 증착한 후 650˚C에서 1분간 raped thermal annealing(RTA) 처리한 결과 박막의 조성과 결정성에는 거의 변화가 없었으나 박막의 전하 저장 밀도는 크게 향상되었다. 이는 RTA 처리에 의한 저유전 계면층의 소멸이 주된 이유라고 판단된다. 열처리 후 두께 40-45nm의 PZT박막은 200kV/cm의 전장 하에서 10-6cm2이하의 누설전류값을 갖고 있었으며, 인가전압 1V에서 300fF/μm2의 정전용량, 즉 SiO2환산두께 0.12nm를 나타내었다.

Sol-gel법으로 제작한 여러 종류의 Zr/Ti비율을 갖고 있는 PZT박막의 전지적 특성과 신뢰성 특성을 상부 백금 전극을 sputtering으로 증착하고 Ar 기체로 반응성 이온 식각(RIE)방법으로 패턴을 형성한 후 열처리온도의 변화에 따라 조사하였다. Hysteresis loop특성을 되찾게 하였다. Zr/Ti 비율이 감소함에 따라 voltage shift가 증가하였으며 internal field가 없어지는 열처리 온도가 증가하였다. Zr/Ti비율이 감소함에 따라 초기 잔류 분극은 증가하였으나 switching 횟수가 증가됨에 따라 잔류 분극이 급속히 감소하였다.

반응 가스 분압의 조절에 의한 HCD식 이온 도금 법으로 다양한 조성의 Ti(C, N) 경질 피막을 ASP30 공구강에 도금하였고 이 피막의 내마모성에 대한 조성의 영향을 경도, 밀착력 및 마모기구의 변화 등의 관점에서 고찰하였다. 경도는 질소나 탄소와 같은 비금속 성분량의 증가에 비례하지만 탄소함유량의 중가는 밀착력을 오히려 감소시켰다. 이 경향은 피막 밀도가 비교적 작은 정략적비 이하인 구간([C+N]/Ti<1)에서 보다 그 이상인 조성에서 영향이 뚜렷하였다. 따라서 피막의 내마모 특성은 높은 경도를 유지할 수 있는 ([C+N]/Ti>1)인 구역 내에서 밀착력 저하에 의한 adhesive 형태로의 마모 기구 변이를 억제할 수 있는 저 탄소 조성을 가질 때 최대로 된다.

(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.