• Progress in Superconductivity
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• v.14 no.1
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• pp.45-51
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• 2012

Microwave metrology for the thickness of metallic or superconductive films provides a new way to measure the film thickness in a non-invasive way by using microwave resonators, with the measurement accuracy affected by standard uncertainties in the resonator quality factor, temperature-dependent resonant frequency and the dimensions of the resonators. Here we study effects of the standard uncertainty in the thickness, $t_{cal}$, of a calibration $YBa_2Cu_3O_{7-{\delta}}$ (YBCO) film on the measured thicknesses, $t_{RF}$, by using a ~ 40 GHz microwave resonator. For the study, we used five YBCO films having the thicknesses of 70 - 360 nm, for which relative standard uncertainties in $t_{RF}$ due to that in $t_{cal}$ are obtained. The standard uncertainty in $t_{cal}$ was determined with the surface roughness of the film taken into account. It appeared that relative standard uncertainty in $t_{cal}$ significantly affects the $t_{RF}$ values, with the values of 1% (5%) in the former resulting in those of 1-2% (5-9%) for the latter at 10 K. Our results show that, for realizing relative standard uncertainties less than 5% in $t_{RF}$ for all the YBCO films, the surface roughness of the calibration films should be small enough to realize a relative standard uncertainty of less than 2.7% in $t_{cal}$.

• Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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• v.13 no.12
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• pp.2505-2510
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• 2009

The SiOC films were deposited with the variation of flow rate ratios by chemical vapor deposition. It was researched the reason of decreasing the dielectric constant in SiOC film and the relationship between the dielectric constant and the thickness. The thickness of the deposited films tends to in proportion to the refractive index and the sample with the lowest dielectric constant decreased the thickness. The refractive index was decreased after annealing because of the decreasing of the film's thickness by annealing process.

• Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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• v.34 no.2
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• pp.171-175
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• 2014

In this study, we suggest a method to measure the thickness of thin films nondestructively using the dispersion characteristics of a surface acoustic wave propagating along the thin film surface. To measure the thickness of thin films, we deposited thin films with different thicknesses on a Si (100) wafer substrate by controlling the deposit time using the E-beam evaporation method. The thickness of the thin films was measured using a scanning electron microscope. Subsequently, the surface wave velocity of the thin films with different thicknesses was measured using the V(z) curve method of scanning acoustic microscopy. The correlation between the measured thickness and surface acoustic wave velocity was verified. The wave velocity of the film decreased as the film thickness increased. Therefore, thin film thickness can be determined by measuring the dispersion characteristics of the surface acoustic wave velocity.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.158-158
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• 2010

최근 전자산업의 발전은 형상 면에서 경박 단소화로 급속하게 진행되고 있으며, 전자소자 내부에서의 배선재료로 사용되고 있는 알루미늄(Al) 박막의 두께 역시 얇아지고 있다. 극박막 범위에서 박막의 두께 증가에 따라 전기가 잘 흐르기 시작하는 박막의 최소두께로 정의 되는 유착두께를 실시간으로 측정하는 방법을 구현하고 임의의 금속박막과 기판의 조합에 있어서 각각의 재료에 대한 유착두께를 제공함으로써 향후 미세전자소자의 제작 시 배선 재료의 선택에 대한 기초자료를 축적할 수 있다. 또한 박막의 미세구조 변화 관점에서 연구함으로써 여러 가지 금속박막에 대한 유착두께를 줄일 수 있는 방법을 도출할 수 있다. 본 연구에서는 유리 기판 위에 사진 식각 공정으로 패턴을 형성하고 패턴이 형성된 유리 기판은 스퍼터에 연결된 4 point probe에 구리 도선으로 연결한 후 DC 마그네트론 스퍼터법으로 Al, Cr, ITO, Sn을 증착하면서 실시간으로 시간에 따른 면저항을 측정하며 이 때 스퍼터 내부 진공도는 $4.6{\times}10^{-5}$까지 낮춰준 후 각각의 금속에 맞는 진공도를 설정하였다. 20.0 sccm의 Ar가스를 넣고 100 W파워로 플라즈마를 형성시켜 금속을 증착하면서 4-point probe를 이용하여 실시간으로 면저항을 측정했다. 1초 단위로 면저항을 측정한 결과 평균적으로 Al은 71초, Cr은 151초, ITO는 61초, Sn은 20초에 저항이 급격히 감소함을 알 수 있었다. 또한 저항이 급격히 감소한 시점의 박막 두께를 알기 위해Surface profiler로 박막두께를 측정한 결과 1초당 Al은 $4\;{\AA}$, Cr은 $1.7\;{\AA}$, ITO는 $2.7\;{\AA}$, Sn은 $6.7\;{\AA}$ 이었다. 실험적으로 R은 면저항, T는 증착 시간이라 할 때 Y축을 $R{\times}T^3$으로 하고 X축을 T로 설정하고 그래프로 나타내면 Y축 값이 최소값을 갖는 시점이 유착두께임을 확인하였다. 본 연구는 실시간 면저항 측정을 통한 금속박막의 전기전도 특성과 미세구조에 대한 기초자료를 제공함으로써 신기술 발전에 공헌할 것이다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.260-260
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• 2009

초박형 절연막은 현재 다양한 전자소자의 제작과 향상을 위하여 활용되고 있으며, 일반적인 화학 기상 증착 방법으로는 균일도를 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서는 디스플레이의 구동소자로 활용되는 박막 트랜지스터의 특성 향상과 비휘발성 메모리 소자의 터널링 박막에 응용하기 위하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 증착과 이의 특성을 분석하였다. 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 실리콘 산화막에 질소가 주입되어 있는 형태로 실리콘 산화막과 실리콘 계면상에 존재하는 질소는 터널링 전류와 결함 형성을 감소시키며, bulk 내에 존재하는 질소는 단일 실리콘 산화막에 비해 더 두꺼운 박막을 커패시턴스의 감소없이 이용할 수 있는 장점이 있다. 플라즈마 처리 기법을 이용하였을 경우에는 초박형의 균일한 박막을 얻을 수 있으며, 본 연구에서는 이산화질소 플라즈마를 이용하여 활성화된 질소 및 산소 라디칼들이 실리콘 계면을 개질하여 초박형 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 형성활 수 있다. 플라즈마 처리 시간과 RF power의 변화에 따라 형성된 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 및 광학적 특성은 엘립소미터를 통하여 분석하였으며, 전기적인 특성은 금속-절연막-실리콘의 MIS 구조를 형성하여 커패시턴스-전압 곡선과 전류-전압 곡선을 사용하여 평가하였다. 이산화질소 플라즈마 처리 방법을 사용한 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 log-log 스케일로 시간과 박막 두께의 함수로 전환해보면 선형적인 증가를 나타내며, 이는 초기적으로 증착률이 높고 시간이 지남에 따라 두께 증가가 포화상태에 도달함을 확인할 수 있다. 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 초기적으로 산소의 함유량이 많은 형태의 박막으로 구성되며, 시간의 증가에 따라서 질소의 함유량이 증가하여 굴절률이 높고 더욱 치밀한 형태의 박막이 형성되었으며, 이는 시간의 증가에 따라 플라즈마 챔버 내에 존재하는 활성종들은 실리콘 박막의 개질을 통한 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 두께 증가에 기여하기 보다는 형성된 박막의 내부적인 성분 변화에 기여하게 된다. 이산화질소 플라즈마 처리 시간의 변화에 따라 형성된 박막의 정기적인 특성의 경우, 2.3 nm 이상의 실리콘 옥시나이트라이드 박막을 가진 MIS 구조에서 accumulation과 inversion의 특성이 명확하게 나타남을 확인할 수 있다. 아산화질소 플라즈마 처리 시간이 짧은 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 경우 전압의 변화에 따라 공핍영역에서의 기울기가 현저히 감소하며 이는 플라즈마에 의한 계면 손상으로 계면결합 전하량이 증가에 기인한 것으로 판단된다. 또한, 전류-전압 곡선을 활용하여 측정한 터널링 메카니즘은 2.3 nm 이하의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 직접 터널링이 주도하며, 2.7 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막은 F-N 터널링이 주도하고 있음을 확인할 수 있다. 즉, 2.5 nm 두께를 경계로 하여 실리콘 옥시나이트라이드 박막의 터널링 메카니즘이 변화함을 확인할 수 있다. 결론적으로 2.3 nm 이상의 두께를 가진 실리콘 옥시나이트라이드 박막에서 전기적인 안정성을 확보할수 있어 박막트랜지스터의 절연막으로 활용이 가능하며 2.5 nm 두께를 경계로 터널링 메커니즘이 변화하는 특성을 이용하여 비휘발성 메모리 소자 제작시 전하 주입 및 기억 유지 특성을 확보를 위한 실리콘 옥시나이트라이드 터널링 박막을 효과적으로 선택하여 활용할 수 있다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.22 no.1
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• pp.6-10
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• 2012

We have observed the change in the film resistance of thin nickel film up to 13 nm, which is deposited on a porous anodic alumina substrate, prepared by two-step anodization technique under phosphoric acid. The resulting film grows as a porous film, following the pore structure on the surface of the alumina substrate, and the value of the resistance lies above $150k{\Omega}$ within the range of thickness studied here, decreasing very slowly with the film thickness. The observed resistance value is much higher than the reported value of a uniform film at the same thickness. Since the observed value of the surface coverage with the pores is smaller than the critical value, expected from the percolation theory, the pore structure limits the formation of conduction channel across the film. In addition, by comparing to the typical model of thickness-dependent resistivity, we expect that the scattering at the pore edge further increases the film resistance.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.326-326
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• 2013

본 연구에서는 회전 원통형 마그네트론 스퍼터링 시스템(Cylindrical Magnetron Sputtering)을 이용하여 성막한 Sn-doped $In_2O_3$ (ITO) 투명전극의 두께 변화에 따른 전기적, 광학적, 구조적 특성을 연구하였다. 회전 원통형 마그네트론 스퍼터링 시스템을 이용한 ITO 투명전극은 박막의 두께가 50~1,000 nm의 두께로 증가함에 따라 비저항 값은 일정하게 유지되나 면저항 값이 $37.8{\Omega}$/square로부터 $1.5{\Omega}$/square로 점차적으로 감소됨을 확인할 수 있었다. 또한 ITO 박막의 두께 증가가 50 nm에서 1,000 nm로 증가함에 따라 400~800nm 파장 범위에서 71~83％의 높은 광투과도를 나타내었다. 두께 변화에 따른 광학적 특성 변화를 설명하기 위해 Spectroscopic ellipsometry 분석을 실시하였으며 이를 기반으로 박막 두께와 투과도의 상관관계를 설명하였다. 한편, 원통형 마그네트론 스퍼터로 성장시킨 ITO 박막은 두께가 50~200 nm의 범위에서는 (222) 방향으로 우월 성장하였으나, 200-1000 nm 두께 범위에서는 우월 성장방향이 (400)과 (622)로 바뀜을 X-ray diffraction (XRD) 분석을 통하여 확인하였다. 이를 통해 박막의 두께변화에 따른 전기적/광학적 특성의 변화는 박막의 구조와 매우 밀접한 상관관계가 있음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.99-99
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• 2013

나노결정질 다이아몬드(Nanocrystalline Diamond: NCD) 박막은 고경도와 낮은 마찰계수를 가지고 있어 초경합금이나 고속도강과 같은 절삭공구 위에 코팅하여 공구의 성능 향상을 도모하려는 노력이 있어 왔다. 그러나 NCD 박막의 잔류응력이 크고, 초경합금과 철계 금속에 NCD가 증착되지 않는다는 문제점이 있다. 따라서 잔류응력 완화와 다이아몬드 핵생성을 위하여 제3의 중간층 재료가 필요하다. 본 연구에서는 W과 Ti을 중간층으로 하여 초경합금(WC-Co)과 고속도강(SKH51)에 NCD 박막을 코팅하고 기계적 특성을 비교하였다. 초경합금 또는 고속도강기판 위에 W 또는 Ti 중간층을 DC magnetron sputter를 이용해 각 1 ${\mu}m$의 두께로 증착하고 그 위에 MPCVD (Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition)를 이용해 NCD 박막을 2${\mu}m$의 두께로 코팅하였다. FESEM을 이용하여 표면과 단면의 형상을 관찰하였고, XRD와 Raman spectroscopy를 통해 NCD 박막의 결정성을 확인하였다. 그리고 tribology test를 실시하여 코팅된 박막의 내마모성을 비교하였으며, Rockwell C indentation test를 이용하여 밀착력을 비교하였다. 초경합금에 적용 시, W이 Ti보다 중간층으로서 더 우수한 것으로 나타났으며 이는 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력의 차이에 의한 것으로 여겨진다. 중간층 두께에 따른 박막의 기계적 특성 변화를 알아보기 위해 W 중간층의 두께를 1, 2, 4 ${\mu}m$로 변화를 주었다. 중간층 두께가 2 ${\mu}m$ 이상일 때 박막의 밀착력이 증가되는 것으로 나타났다. 고속도강 위에 같은 방법으로 1 ${\mu}m$의 W 또는 Ti 중간층 위에 2 ${\mu}m$의 NCD 박막을 코팅한 시편들은 초경합금에 코팅한 것과 달리 두 시편 모두 낮은 밀착력을 나타내었다. 열팽창계수 차이에 의한 잔류응력을 완화하기 위해 고속도강에 W/Ti 복합박막을 중간층으로 Ti, W순으로 각각 1 ${\mu}m$ 두께로 증착 후 그 위에 NCD 박막을 2 ${\mu}m$ 두께로 코팅 한 후 특성을 비교하였다. Ti/W 복합 중간층 위에 코팅된 NCD 박막의 밀착력이 W 혹은 Ti 단일 중간층에 코팅된 박막에 비해 우수한 것으로 나타났다. 그러나 실제 공구에 적용하기에는 박막의 밀착력 개선이 요구되며 이를 위해서 더 연구가 필요하다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.328-328
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• 2013

본 연구에서는 선형 대향 타겟 스퍼터 시스템을 이용하여 Hetero sputtering 방법으로 증착한 AlGaZnO (AGZO) 박막의 두께에 따른 특성을 연구하였다. DC Power 250 W, Working pressure 0.3 mTorr, Ar 20 sccm의 고정된 성막 조건하에서, AGZO 박막의 두께가 25 nm에서 1 um로 증가함에 따른 전기적, 광학적, 구조적, 표면 특성을 Hall measurement, UV/visible spectrometry, Ellipsometry, XRD, FESEM 분석을 통해 분석하고 이를 설명할 수 있는 메커니즘을 제시하였다. 선형 대향 타겟 스퍼터의 장점으로 인해 상온에서도 우수한 특성을 갖는 AGZO 박막을 성장 시킬 수 있었으며 AGZO 박막의 전기적, 광학적특성은 다른 산화물 투명 전극 박막과 마찬가지로 두께에 매우 큰 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 이러한 두께에 따른 특성 변화는 상온에서도 Columnar 구조를 가지는 AGZO의 구조적 특성과 밀접한 연관이 있으며 특히 결정립 크기가 AGZO의 광학적, 전기적 특성에 큰 영향을 미침을 XRD 분석을 통해 확인하였다. 또한 AGZO 두께에 따른 결정성의 차이가 박막의 n값에도 영향을 미침을 엘립소미터 분석을 통해 확인할 수 있었다. Scherrer formula을 활용하여 계산한 결과 AGZO 박막의 두께 증가에 따라 결정성 향상 및 결정립의 크기가 증가함을 알 수 있었으며, 이는 FESEM 분석을 통해서도 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.220.1-220.1
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• 2014

본 연구에서는 PECVD 공법 중에 이온화 에너지가 높은 선형이온빔 소스를 이용하여 고온에서 전도성 카본박막을 코팅하였다. 카본 박막 코팅을 위한 Precursor는 $C_2H_2$ gas를 이용하였으며, 온도에 따른 카본 박막의 전기적 특성 및 두께에 따른 카본 박막 성장 구조를 분석하였다. 카본 박막의 전기적 특성은 Interfacial contact resistance (ICR) 방법으로 측정하였으며, 접촉 저항 측정을 위한 모재는 SUS316L stainless steel을 사용하였고 카본 박막 성장 구조 분석을 위해서는 폴리싱된 Si-wafer를 사용하였다. 선형이온빔 소스를 이용하여 상온에서 증착한 카본 코팅의 접촉저항 값은 50 nm 코팅 두께에서 $660m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$으로 비정질상의 특성을 나타냈으며, 고온에서는 $14.8m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$으로 온도가 증가함에 따라 비정질상의 카본 박막이 전도성을 가지는 카본박막으로의 성장을 확인할 수 있었다. 또한 전도성 카본 박막의 성장 구조 분석은 FE-SEM 및 Raman spectrum 분석을 통해 확인하였으며, 그 결과 코팅 두께가 증가할수록 카본 입자들은 수nm에서 약 150 nm의 카본 cluster를 형성하며 성장하였다. 이때 전도성 카본 박막의 두께에 따른 접촉저항의 값은 고온 조건에서 카본 박막의 두께가 약 100 nm일 때, $12.1m{\Omega}cm^2@10kgf/cm^2$의 가장 낮은 값을 가졌다. 위의 결과를 경제성이 아주 우수한 대면적 전도성 나노 카본 박막의 상용화 가능성이 높아질 것으로 기대된다.