• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.159-159
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• 2012

알루미늄 박막을 코팅하기 위해서 비대칭 마그네트론 스퍼터 소스를 이용하였으며 빗각 증착과 외부 자기장에 의한 플라즈마 밀도 제어가 알루미늄 박막의 미세구조에 미치는 영향을 확인하였다. 빗각 증착은 타겟과 기판이 서로 평행하지 않고 빗각을 이루도록 기판을 기울여 코팅하는 방법으로 박막의 미세구조를 제어할 수 있다. 마그네트론 스퍼터 소스 외부에 원형의 전자석을 위치시키고 직류의 전류를 인가하여 타겟 표면에서 발생하는 플라즈마 밀도를 제어할 수 있도록 하였다. 알루미늄을 물리기상증착으로 코팅하면 일반적으로 주상정 구조를 갖는다. 알루미늄 박막이 주상정 구조로 이루어지면 박막의 표면 거칠기가 증가하고 밀도가 감소하는 현상을 보인다. 알루미늄을 빗각 증착으로 코팅하면 주상정 형성이 억제되어 박막의 밀도가 높아지고 표면 거칠기는 감소하는 현상을 보였다. 알루미늄의 빗각 증착 시 전자석에 인가하는 전류의 세기와 방향을 제어하여 타겟 표면의 플라즈마 밀도를 증가시키면 알루미늄 박막의 밀도가 빗각 증착만 적용했을 때보다 증가하고 비정질과 같은 박막 구조를 보이는 현상을 관찰할 수 있었다. 전자석에 인가하는 전류의 방향을 기판 표면의 플라즈마 밀도가 증가하도록 바꾸면 알루미늄 주상정의 크기가 증가하고 기공의 크기도 증가하는 현상을 관찰하였다. 마그네트론 스퍼터 공정 시 자기장과 빗각 증착을 적절하게 이용하여 밀도가 높고 표면 거칠기가 낮은 알루미늄 박막을 코팅할 수 있었으며, 이러한 알루미늄 박막은 기능성 향상을 위한 표면처리 소재로 활용 가능성이 높을 것으로 판단된다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.3
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• pp.333-340
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• 1996

p-type(100) 실리콘 기판과 TiN(50nm)/Si 기판에 dimethylethylamine alane(DMEAA)을 반응소스로 하여 알루미늄을 증착시켜 증착온도와 유량, 반송가스 종류에 따른 방향성, 증착속도, 미세구조 변화에 대해 연구하였다. 알루미늄의 증착속도는 기판온도, 반송가스 종류 및 유량에 따라 100-650mn/min으로 다양하게 조절되었다. DMEAA의 증착 활성화에너지는 TiN 기판에서는 약 0.leV이었고 Si와 SiO2 기판에서는 각각 약 0.23eV, 0.24eV이었다. 알루미늄 박막의 방향성은 증착속도의 감소에 따라 (200)에서 (111)방향으로 변하였다. 증착된 알루미늄 박막의 불순물 함량은 산소의 경우 0.2at%, 탄소의 경우 1.8at.%이었다. DMEAA 소스에 의한 알루미늄의 증착속도는 반송가스가 Ar 일 때 보다 H2 가스를 사용하면 증착속도가 크게 증가하였으며 이는 반송가스에 의해 SiO2표면의 흡착 H 농도가 증가하고 흡착 H가 소스 가스와 반응하여 핵생성 site 로 작용하는 것으로 생각된다. 알루미늄 박막의 비저항은 표면 미세조직에 크게 영향을 받으며 그 값은 약 3-7$\mu$$\Omega$cm이었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.150-150
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• 2012

진공증착을 이용하여 제조된 알루미늄 박막은 증착 조건에 따라 그 특성이 현저히 달라지는 것으로 알려져 있다. 특히, 진공도와 증착율에 따라 비저항과 반사율, 표면 색상 등이 크게 달라지며 이에 따라 적절한 증발원 및 증착 방법의 선택이 박막의 특성을 좌우하게 된다. 알루미늄은 융점이 낮은 반면 증기화되는 온도가 높을 뿐만 아니라 고온에서는 대부분의 내화물 금속과 반응하기 때문에 저항가열 증발원을 이용하여 증발시키기가 매우 까다로운 물질중의 하나이다. 또한 전자빔으로 증발시킬 경우에는 열전도도가 커서 수냉 도가니를 통해 열이 빠져나가기 때문에 효과적인 증발을 위해서는 고전력을 투입해야 하는 어려움이 있다. 한편, 스퍼터링 증발원을 이용하여 알루미늄을 증착하면 낮은 증착율로 인해 반사율과 같은 제반 특성이 현저히 떨어지는 단점이 있다. 본 논문에서는 알루미늄 박막의 제조를 위한 최적의 증발원과 증착 방법을 소개하고 증착 조건과 박막 특성의 상관성 자료를 소개하였다. 이를 위해 각종 저항가열 및 전자빔 증발원 그리고 스퍼터링을 이용한 증발 실험 결과를 소개하고 증발원에 따른 알루미늄 박막의 특성 변화 그리고 제반 증착 조건이 박막의 특성에 미치는 영향을 소개하였다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2012.05a
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• pp.265-265
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• 2012

스퍼터링을 이용하여 금속을 코팅하면 대부분 주상정 형태의 미세구조로 성장한다. 금속 코팅층의 미세구조를 코팅공정으로 제어하여 치밀한 구조의 코팅층을 합성하기 위해서 평형(balanced magnetron)과 비평형(unbalanced magnetron) 스퍼터링에 의한 박막 구조 변화를 비교하고, 빗각 증착(oblique angle deposition) 효과가 코팅층의 미세구조에 미치는 영향을 확인하였다. 실험에 사용된 타겟은 6 인치 직경의 알루미늄이었으며 기판은 실리콘 웨이퍼와 냉연강판이 사용되었다. 알루미늄 코팅층은 주사전자현미경으로 미세구조를 관찰하였으며, 미세구조 변화가 내부식 특성에 미치는 영향을 평가하기 위해서 알루미늄이 코팅된 냉연강판의 염수분무 시험을 실시하였다. 빗각 증착에 의한 코팅층 미세구조 변화가 가장 두드러지게 나타났으며, 빗각 증착에 의해서 알루미늄 코팅층이 치밀해지는 현상을 관찰할 수 있었다. 알루미늄이 코팅된 냉연강판을 분석한 결과, 빗각 증착으로 코팅된 알루미늄 코팅층이 두께 약 $3{\mu}m$에서 염수분무 200 시간 후에도 적청이 발생하지 않는 우수한 내식성을 보였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 1999.07a
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• pp.154-154
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• 1999

금속산화막은 전자부품 및 광학적 응용에 널리 사용되고 있다. 특히 알루미늄의 산화막은 유전체의 재료로 커패시터에 많이 사용되고 있다. 이러한 알루미늄 산화막을 plasma를 이용한 ion plating에 의해 형성하였다.Activated Reactive Evaporation은 화합물의 증착율을 높이는데 좋은 증착법이다. 이러한 증착법에는 reactive ion plating와 ion-assisted deposition 그리고 ion beam sputtering 등이 있다. 본 연구에서는 알루미늄 산화막을 증착시키기 위해 plasma를 이용한 electron-beam법을 사용하였다. Turbo molecular pump로 챔버 내의 진공을 약 10-7torr까지 낸린 후 5$\times$10-5torr까지 O2와 Ar을 주입시켰다. 각 기체의 분압은 RGA(residual gas analyzer)로 조사하여 일정하게 유지시켰다. plasma를 발생시키기 위해 filament에서 열전자를 방출시키고 1kV 정도의 electrode에 의해 가속시켜 이들 기체들과 반응시켜 plasma를 발생시켰다. 금속 알루미늄을 5kV정도의 고전압과 90mA의 전류로 electron beam에 의해 증발시켰다. 기판의 흡착율을 높ㅇ기 위해 기판에 500V로 bias 전압을 걸어 주었다. 증발된 금속 알루미늄 증기들이 plasmaso의 산소 이온들과 활성 반응을 이루어 알루미늄 기판 위에 Al2O3막을 형성하였다. 알루미늄 산화막을 분석하기 위해 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)로 화학적 조성을 조사하였는데, 알루미늄의 2p전자의 binding energy가 76.5eV로 측정되었다. 이는 대부분 증착된 알루미늄이 산소 이온과 반응하여 Al2O3로 형성된 것이다. SEM(Scanning electron Microscopy)과 AFM(Atomim Force microscopy)으로 증착박 표면의 topology와 roughness를 관찰하였다. grain의 크기는 10nm에서 150nm이었고 증착막의 roughness는 4.2nm이었다. 그리고 이 산화막에 전극을 형성하여 유전 상수와 손실률 등을 측정하였다. 이와 같이 plasma를 이용한 3-beam에 의한 증착은 금속의 산화막을 얻는데 유용한 기술로 광학 재료 및 유전 재료의 개발 및 연구에 많이 사용될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.182-182
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• 2013

빗각 증착은 입사 증기가 기판에 수직하게 입사하는 일반적인 공정과는 다르게 증기가 기판의 수직선과 $0^{\circ}$ 이상의 각을 갖는 증착 방법을 의미한다. 빗각 증착으로 코팅층의 구조를 제어하기 위해서는 기판에 입사되는 코팅 물질의 증기가 일정한 각도를 유지해야한다. 공정 압력이 높아서 증기의 자유행로가 짧아지면 기판에 도달하는 코팅 물질이 일정한 각도를 유지하지 못하기 때문에 코팅층의 구조제어가 어렵고 일반적인 코팅 공정과 유사한 구조의 코팅층을 얻게 된다. 빗각 증착을 공정 압력이 비교적 낮은 전자빔 증착이나 열 기상증착 등의 코팅 공정에서 실시하는 이유이다. 본 연구는 공정 압력이 ${\sim}10^{-3}$ torr로 비교적 높은 스퍼터링 공정에서 빗각 증착을 실시하여 코팅층의 구조제어가 가능한지를 확인하였다. 실험에 사용된 물질은 알루미늄이었으며 빗각은 $0{\sim}90^{\circ}$를 사용하였다. 실험 결과 빗각의 크기가 $60^{\circ}$ 이하에서는 알루미늄 박막의 구조 변화를 관찰하지 못했으며 $45^{\circ}$와 같은 특정한 빗각에서 밀도가 높은 코팅층을 확인할 수 있었다. 이러한 높은 밀도를 갖는 알루미늄 박막은 강판의 부식을 방지하기 위한 보호막으로 적용이 가능할 것으로 판단되며 염수분무시험 결과 200시간 이상의 높은 적청 발생 시간을 보였다. $60^{\circ}$ 이상의 빗각으로 코팅된 알루미늄 박막에서 독립적으로 형성된 주상정을 관찰할 수 있었다. 빗각의 크기가 $90^{\circ}$로 스퍼터링 타겟과 기판을 수직하게 위치시켜도 알루미늄 박막이 코팅되는 것을 확인할 수 있었으며 일정한 각도를 가지는 주상정을 관찰할 수 있었다. 이러한 주상정의 알루미늄은 비교적 큰 표면적을 가지고 있기 때문에 가스 센서 등 다양한 응용분야에 적용이 가능할 것으로 판단된다. 앞서 설명한 실험결과와 같이 스퍼터링과 같이 공정 압력이 비교적 높은 공정에서도 빗각 증착을 이용한 코팅층의 구조 제어가 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.302.2-302.2
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• 2016

알루미늄 산화막 스퍼터링 공정 중 타겟이 반응성이 있는 산소와 결합하여 산화되는 타겟 오염은 증착 효율의 감소[1]와 방전기 내 아크 발생을 촉진[2]하여 이를 억제하는 방법이 연구되어 왔다. 본 연구에서는 알루미늄 산화막 증착 공정 중 타겟 오염 현상이 기판에 증착된 알루미늄 산화막 특성이 미치는 영향을 분석하였다. 실험에는 알루미늄 타겟이 설치된 6 인치 웨이퍼용 직류 마그네트론 스퍼터링 장치를 활용하였다. 위 장치에서 공정 변수 제어를 통해 타겟 오염 현상의 진행 속도를 제어하였다. 공정 중 타겟 오염 현상을 타겟 표면 알루미나 형성에 따른 전압 강하로 관찰하였고 타겟 오염에 의한 플라즈마 변화를 원자방출분광법을 통해 관찰하였다. 이 때 기판에 증착 된 알루미나 박막의 화학적 결합 특성을 XPS depth로 측정하였으며, 알루미나 박막의 두께를 TEM을 통해 측정하였다. 측정 결과 타겟 오염 발생에 의해 공정 중 인가 전압 감소와 타겟 오염에 소모된 산소 신호의 감소가 타겟 오염 정도에 따라 변동되었다. 또한 공정 중 타겟 오염 정도가 클수록 기판에 증착한 막과 실리콘 웨이퍼 사이에 산소와 실로콘 웨이퍼의 화합물인 산화규소 계면의 형성 증가됨을 확인했다. 위 현상은 타겟 오염 과정 중 발생하는 방전기 내 산소 분압 변화와 막 증착 속도 변화가 산소의 실리콘 웨이퍼로의 확산에 영향을 준 것으로 해석되었다. 위 결과를 통해 스퍼터링 공정 중 타겟 오염 현상이 기판에 증착 된 알루미나 막 및 계면에 미치는 영향을 확인하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.689-689
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• 2013

Atomic layer deposition (ALD)에 의한 알루미늄 산화 막(Al2O3)은 고효율 결정질 실리콘 태양전지를 위한 우수한 표면 패시베이션 특성을 제공한다. 알루미늄 산화막는 고정적인 음전하를 가지고 있기 때문에 p-형 실리콘 태양 전지 후면은 전계에 의한 우수한 패시베이션 효과를 형성한다. 그러나, ALD 방식으로 증착된 알루미늄 산화막은 매우 긴 공정 시간을 필요로 하기 때문에 기존의 실리콘 태양 전지 공정에 적용하기가 어렵다. 본 논문에서는 알루미늄 산화막 형성에서 공정 시간을 줄이기 위해 Plasma assisted atomic layer deposition (PA-ALD) 방식을 적용했다. PA-ALD 기술은 trimethylaluminum (TMA)과 O2를 사용하여 기판 표면에 알루미늄 산화막을 증착하는 것으로 ALD 방식과 유사하지만, O2 플라즈마를 사용함으로써 증착 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 좋은 패시베이션 특성을 가지는 알루미늄 산화막을 실리콘 태양전지양산 공정에 적용할 수 있는 가능성을 제시한다. PA-ALD 방식에 의한 알루미늄 산화막의 패시베이션 특성을 최적화하기 위해서 증착 후 열처리 조건에 대한 연구도 수행하였다. 막증착률이 1.1${\AA}$/cycle인 Al2O3층의 두께 변화에 따른 특성을 최적화하기 위해 공정 온도를 $250^{\circ}C$ 고정하고, 열처리 온도와 시간을 가변하였으며 유효 반송자수명을 측정하여 알루미늄 산화막의 패시베이션 특성을 확인했다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.8 no.9
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• pp.802-806
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• 1998

polyimide를 입힌 SiO2 wafer상에 증착된 알루미늄 박막의 두께 및 소둔 여부에 따른 hillock의 거동을 atomic force microscopy (AFM)을 이용하여 분석하였다. 증착된 상태의 박막에서 성장 hillock이 관찰되었으며 박막 두께가 증가할수록 hillock의 크기는 증가한 반면 밀도는 감소하였다. 소둔 후 hillock의 평균 크기는 증가하였으나 밀도는 감소하였다. 이러한 hillock 밀도의 감소는 견고한 wafer상에 직접 증착된 알루미늄 박막에서와 다르다. 이는 유연한 polymide 박막에 의한 응력 완화로 응력유기 입계확산이 이루어지지 않아 hillock 이 추가로 형성되지 않은 상태에서 큰 hillock이 성장하면서 작은 hillock을 흡수하기 때문으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.168-168
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• 2000

Yamada 등의 덩어리 증착에 관한 연구 이후 낮은 기판 온도에서 결정성이 뛰어난 금속박막성장(thin film growth)을 얻을 수 있는 방법으로 최근 덩어리 증착(cluster depositon) 방법에 관하여 많은 연구들이 진행되어 덩어리 충돌이 원자 충돌인 경우와 큰 차이를 보이는 결과를 얻었으며, 덩어리 증착시 기판 내부에 점결함(point defect)이 발생되지 않는다는 중요한 결과를 얻었다. 금속 덩어리를 사용한 금속박막성장은 높은 박막성장속도와 뛰어난 구조 재배열 효과를 얻을 수 있으며 기판의 격자 손상을 감소시키기 때문에 향후 나노미터 소자 개발에 응용성이 클 것으로 예상된다. 그러나 금속 덩어리와 금속 표면사이의 상호작용에서 발생되는 기본적인 역학(mechanism)은 분명하게 알려져 있지 않다. 지금까지 알루미늄 덩어리의 원자구조와 특성에 관한 연구는 수행되어졌지만 (4,5), 알루미늄 덩어리 증착에 관한 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서는 13~177개로 이루어진 큰 알루미늄 덩어리들의 증착에 관하여 Md(molecular dynamics) 방법을 사용하여 연구하였다. MD 시뮬레이션을 사용하여 덩어리 증착시 기판 표면과의 충돌 초기에 나타나는 덩어리 내부 원자들의 상관충돌효과(correlated collisions effect)에 의하여 덩어리 크기에 따른 증착현상과 여러 물리적 현상들을 관찰하였다. 덩어리 총 에너지가 증가할수록 기판의 최고 온도는 증가하며, 덩어리 크기가 클수록 상관충돌효과가 커지기 때문에 덩어리의 총 에너지에 다른 최고 증가 비율은 적어졌다. 시간에 따른 비정렬 원자수(disordered atom number) 비교를 통하여 덩어리가 클수록 구조 재배열이 더 잘 이루어진다는 것을 알 수 있었고, 원자당 에너지가 클수록 덩어리 원자들이 기판 내부로 더 깊이 들어갔고, 덩어리 크기가 클수록 상관충돌효과로 인하여 덩어리 원자들이 기판 내부로 더 깊이 들어가는 것을 알 수 있었고, 덩어리 크기가 클수록 상관충돌효과는 커지고 더욱 부드러운 증착이 이루어졌으며, 무엇보다도 덩어리 증착시 표면에서 구조 재배열이 잘 이루어지는 특징을 살펴볼 수 있었다. 이러한 알루미늄 덩어리를 생성하여 증착할 수 있을 경우, 뛰어난 재배열 효과를 이용하여 품질이 향상된 반도체 소자를 제조할 수 있을 것으로 사료된다.