플라즈마 화학 증착법에 의하여 증착된 TiN,TiCxNy 박막의 증착 특성 및 물성에 관한 연구

Abstract

-제 4 절 요약- Glow discharge 플라즈마의 기본적인 특성을 조사하기 위하여, Ar dicharge에 대하여 Floating double probe 방법으로 R.F. power와 압력의 변화에 따른 전자의 온도와 이온의 밀도를 조사하였다. 측정 결과로 부터 본 연구의 실험 범위내에서 Ar R.F. Plasma는 전형적인 Glow Discharge Plasma이었으며, Low electron energy low ionization density의 Glow dischrage 임을 알 수 있었다. Input R.F.Power의 증가는 Electron temperature에 거의 영향을 미치지 않으나 Ion density를 증가시키는 결과를 얻었으며, 압력이 증가하면 ion density는 큰 변화를 보이지 않으나 electron energy와 이온화율은 감소함을 알 수 있었다. -1-4. 요약- 증착온도와 R.F.Power를 변화시키면서 TiN을 플라즈마 화학증착하였으며, 증착층의 물성, Cl 함량, 미세조직과 결정성 변화를 연구하였다. 이 때 증착 조건은 $TiCl_4/N_2/H_2/Ar$=1/20/35/45, 총유량은 200 sccm, 증착압력은 3 Torr 이었으며, R.F.Power는 각각 15 W 에서 100 W 까지, 온도는 430도에서 550도 까지 변화시키었다. 1. 대표적인 증착조건 즉, 증착 온도; $525\,^\circ\!C$, R.F.Power; 25 W 에서 증착된 TiN 플라즈마 화학증착층은 (200) 우선 성장 방위를 나타내는 $TiN_{0.9}$이며, 증착층의 표면은 매우 균일하며 조직이 치밀함을 관찰할 수 있었다. 2. 증착온도 525도 이상, R.F.Power가 50 W 미만의 증착조건일 때, TiN 플라즈마 화학 증착층은 경도 1900 Kg/$mm^2$, Scratch adhesion test에 의한 점착력이 최대 40 Newton으로 우수한 기계적 성질을 나타내었으며, 비저항은 150 $\mu$ cm 정도이었다. 3. TiN 증착층의 기계적 성질에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 증착 조건에 따라 변화하는 잔류 Cl 함량의 변화이다. Cl은 TiN의 격자내에 결함을 발생시키는 것으로 생각되며, 이는 Cl 함량 변화에 따른 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 이용한 Ti 2p peak의 결합에너지 측정 결과와 X 선 회절 실험에 의한 결정성(Crystallinity) 변화로 부터 간접적으로 확인할 수 있었다. 4. 증착온도를 높이면, 잔류 Cl 함량이 감소하고, 기계적 성질인 경도와 점착력, 결정성, 비저항 등 모든 물성이 향상되었다. 5. R.F.Power를 증가시킴으로써 잔류 Cl 양이 감소하고 결정성이 향상되나, 50W 이상으로 증가시키면 기계적 성질이 현저히 감소하였으며, 이는 R.F.Power가 클 경우에 미세조직이 Micro-cavity network 상태로 되기 때문이다. -2-3. 요약- 증착온도, R.F.Power, $TiCl_4$ 와 $CH_4/N_2$ 입력비를 변화시키면서 $TiC_xN_y$을 플라즈마 화학증착하였으며, 증착속도, 잔류 Cl 함량, 증착층의 물성, 미세조직과 결정성 변화를 연구하였다. 1. 플라즈마 화학증착법에 의한 $TiC_xN_y$ 증착층은 (200) 우선 성장 방위를 나타내며, Cl이 불순물로서 증착층 내에 잔류하고 있다. 2. 증착온도 520도 이상, R.F.Power가 40 W의 증착조건일 때, $TiC_xN_y$ 플라즈마 화학 증착층은 경도 3000 Kg/$mm^2$, Scratch adhesion test에 의한 점착력이 최대 30 Newton으로 우수한 기계적 성질을 나타내었다. 3. $TiC_xN_y$ 증착층의 결정성 및 기계적 성질에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 증착 조건에 따라 변화하는 잔류 Cl 함량의 변화이며, 증착온도가 높을수록 R.F.Power가 클수록 $TiCl_4$ 입력분율이 작을수록 Cl 함량은 감소하였다. 4. R.F.Power를 증가시킴으로써 잔류 Cl 양이 감소하고