• Title, Summary, Keyword: 박막두께

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XRR 두께 표준물질용 $HfO_2 $ 박막 제작 및 특성평가

  • Yu, Byeong-Yun;Bin, Seok-Min;Jeon, Hyeon-Gu;O, Byeong-Seong;Kim, Chang-Su
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.303-303
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    • 2012
  • X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법으로 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 반도체 산업현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 XRR의 두께 측정 정밀도를 향상시키고 부정확한 결과를 방지하기 위하여 측정기기를 검증하고 보정할 수 있는 두께 표준물질을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 IBSD (ion beam sputtering deposition)와 ALD (atomic layer deposition)를 이용하여 5 nm, 10 nm의 $HfO_2$ 박막을 제작하고, XRR용 두께 표준물질로 응용할 수 있는지를 살펴보았다. 먼저 두께표준물질로 제작하기 위해서는 박막과 기판이 안정한 상태를 유지해야 한다. 이에 박막은 공기 중 노출에 의한 산화로 박막의 두께가 변할 수 있는 금속박막 대신에 공기 중에서도 안정한 산화물 박막인 $HfO_2$ 박막을 사용하고 기판은 Si wafer를 thermal공기 중에서도 안정한 산화물 박막인 $HfO_2$ 박막을 사용하고 기판은 Si wafer를 therma oxidation법을 이용하여 $1{\mu}m$ 두께로 제작한 비정질 $SiO_2$ 기판을 사용했다. 제작된 시료의 특성평가를 위해 XRR (X-ray reflectometer) 측정을 통해 두께, 거칠기 및 밀도를 확인하였고, TEM (transmission electron microscope)으로 두께 측정을 하여 XRR로 얻은 두께결과와 비교하였다. 측정결과를 확인하였을 때 두 증착 방법 중 ALD를 이용하여 제작한 시편에서는 박막과 기판사이의 interface가 sharp하여 반사율 곡선의 진폭이 크게 잘 나타났고 fitting 결과도 우수하여 IBSD로 증착한 시편보다 두께 표준물질로 응용하기에 더 적합하였다.

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Ultra-thin aluminum thin films deposited by DC magnetron sputtering for the applications in flexible transparent electrodes (스퍼터링법으로 증착된 초박형 Al 박막의 투명전극 적용성 연구)

  • Kim, Dae-Gyun;Choe, Du-Ho
    • Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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    • pp.82-82
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    • 2018
  • 광전소자용 투명전극으로 적용하기 위한 초박형 Al 박막에 대해서 기초연구를 수행하였다. 증착 전 챔버(chamber) 내 기저압력은 $3{\times}10^{-7}Torr$이하로 유지하였으며 Ar 불활성 기체의 유입을 통해 작업압력을 $1{\times}10^{-2}Torr$로 상승시켜 증착을 실시하였다. DC 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 유리기판상에 Al 박막의 증착을 실시하였으며, 박막의 두께가 3-12 nm인 Al 박막을 각각 형성하였다. 두께가 7 nm 일 때 면저항은 $135{\Omega}/{\square}$로 측정되었고 7 nm 이상인 두께의 박막은 두께가 증가할 때 면저항이 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 두께가 10 nm인 박막의 측정된 면저항은 $13.1{\Omega}/{\square}$로 두께 7 nm인 박막과 비교하였을 때 약 10배의 차이를 확인할 수 있었다. 두께 6 nm 이하인 박막은 면저항 측정이 불가능하였는데 이는 SEM 분석 결과, 연속박막을 이루지 못 하였기 때문이라고 결론을 내릴 수 있었으며, 두께 12 nm인 박막까지 완전한 연속박막이 형성되지 않았다. 각각의 박막에서 입자의 크기는 선 교차법(line intercept method)을 이용하여 시편당 평균 120개의 입자에 대한 평균값을 측정하였으며, 이론적으로 예상할 수 있는 바와 같이 두께가 증가할수록 입자크기도 비례하여 증가하게 되는 것을 확인할 수 있었다. 가시광선 파장영역 내 투과도의 경우, 3 nm 두께에서 평균 80% 이상의 투과도가 측정된 데 반하여, 4-5 nm 두께에서 평균 60%로 급격하게 감소되기 시작하며 그 이후, 두께 증가에 따라 투과도가 점진적으로 감소되는 경향을 확인할 수 있었다. 또한 Al 박막은 시간의 경과에 따른 표면의 산화가 진행되어 기존에 측정된 면저항보다 10-60%의 면저항이 증가하였는데 이는 두께가 얇을수록 더 산화의 영향을 많이 받기 때문에 나타난 결과로 보인다. 추후 산화방지막 및 빛반사방지막 층을 초박형 Al박막과 함께 Oxide/Metal/Oxide 구조로 형성하여 위와 같은 현상들을 해결하고 박막물성의 증진을 통해 투명전극에 적용을 목표로 한다.

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DC 스퍼터로 증착한 금속박막의 실시간 전기저항 측정과 유착두께에 관한 연구

  • Gwon, Na-Hyeon;Kim, Hoe-Bong;Hwang, Bin;Kim, Dong-Yong;Jo, Yeong-Rae
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.174-174
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    • 2011
  • 최근 전자산업의 발전은 형상 면에서 경박 단소화로 급속하게 진행되고 있으며, 전자소자 내부에서의 배선재료로 사용되고 있는 알루미늄(Al) 박막의 두께 역시 얇아지고 있다. 두께가 20nm 이하로 작은 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 제작시 배선 재료의 선택에 대한 기초자료를 축적할 수 있다. 또한 금속박막의 증착공정 직전에 기판을 표면처리 하여 기판을 활성화시킬 때 표면처리가 박막의 유착두께에 미치는 영향에 대해 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 형성하였다. 패턴이 형성된 유리 기판은 Sputter에 연결된 4 point probe에 구리 도선으로 연결한 후 DC 마그네트론 스퍼터법으로 Al과 Sn을 증착하면서 실시간으로 시간에 따른 전기저항을 측정을 하였다. 이때 Sputter 내부 진공도는 $4.6{\times}10^{-2}torr$까지 낮춰준 후 Al을 증착 할 때 진공도는 $1.1{\times}10^{-2}torr$로 맞춰주고 Ar 가스를 20 sccm 넣어준다. 이때 Al 박막의 유착 두께는 29.6 nm 이고 Sn 박막의 유착두께는 20.48 nm 이다. 유착 두께를 정의함으로써 전자소자의 크기를 최소화 할 수 있으며 실시간 전기저항 측정을 통한 금속박막의 전기전도 특성과 미세구조에 대한 기초 자료를 제공함으로써 신기술 발전에 공헌할 것이다.

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Magnetic anisotropy of Al/Tb-Fe-Co multilayer thin films (Al/Tb-Fe-Co 다층박막의 자기적 이방특성)

  • 김명한;문정탁;신웅식;임기조
    • Electrical & Electronic Materials
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    • v.5 no.1
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    • pp.8-13
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    • 1992
  • 일련의 Al/Tb-Fe-Co 다층박막 시편이 DC마그네트론 스퍼터링에 의해 제조되었다. 이 박막들은 (xA/yB)n의 형태이고 여기서 x와 y는 각각 Al 및 Tb-Fe-Co 박막의 두께를 나타내고 n은 각 박막의 수를 나타낸다. 각 박막의 두께는 2~40nm이다. Al과 Tb-Fe-Co박막의 두께변화에 따른 다층박막의 자기적 성질이 vibration sample magnetometry(VSM)에 의해 측정되었다. 이들 다층박막은 동일한 스퍼터링조건에서 제조되고 수평 자기적 이방성 특성을 보이고 있는 단층 Tb-Fe-Co박막을 기준시편으로 하여 자기적 성질이 비교되었다. 다층박막 시스템에서는 현저한 계면 또는 박막두께의 효과가 발견되었으며 이들 효과에 의해 단층박막의 수평자기체가 다층박막에서는 강한 수직자기체로 변화되는 것을 알 수 있고, 또한 Al과 Tb-Fe-Co합금 경계구역에 스퍼터링에 따른 약 2nm두께의 dead layer가 존재함이 입증 되었다.

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Study on control of orientation of multicomponent thin film by laser ablation (레이저 어블레이션에 의한 다성분 박막의 방향성 제어 연구)

  • Park, Joo-Hyung;Lee, Sang-Yeol
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.1226-1228
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    • 1997
  • 펄스 레이저 증착법을 이용하여 MgO 기판 위에 YBCO 박막을 c 축으로 성장시켰다. 이를 위하여 다양한 두께의 YBCO 박막을 여러 온도에서 증착시킴으로서 두께와 온도에 따른 YBCO 박막의 방향성을 조사하였다. 레이저원으로는 Nd:YAG 레이저의 355 nm의 파장을 이용하였으며, 증착시 기판온도는 $700^{\circ}C$$750^{\circ}C$에서 박막의 두께를 $3,000{\AA}$, $10,000{\AA}$, $20,000{\AA}$ 등으로 변화시켜 증착하였다. 이렇게 증착되어진 박막의 표면은 SEM으로 관촬되어졌으며, Raman Spectrascopy로 박막을 분석하였고, XRD를 사용하여 그 박막의 배향성을 연구하였다. 본 논문에서는 이와 같은 분석과 연구를 통하여 증착되어진 다성분 박막의 배향성이 기판온도와 박막두께에 따라 민감하게 변화함을 체계적으로 분석하였으며, 그 결과 기판온도와 박막 두께에 따른 YBCO 박막의 a 축, c 축 성장의 의존성을 확인하였다.

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Thickness Measurement of Nanogate Oxide Films by Spectroscopic Ellipsometry (SE를 사용한 나노게이트 산화막의 두께측정)

  • 조현모;조용재;이윤우;이인원;김현종;김상열
    • Proceedings of the Korea Crystallographic Association Conference
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    • pp.40-41
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    • 2002
  • 차세대 반도체 및 나노소자 산업에 대한 국제적 기술은 고밀도 직접화의 추세에 따라서 .게이트 산화막의 두께가 급속히 작아지는 추세이다. 지금까지 이산화규소(A1₂O₃)가 게이트 산화막으로 주로 사용되어 왔으나 점차 SiON 혹은 high k 박막으로 바뀌고 있다. 본 연구에서는 차세대 반도체 소자에 사용될 게이트 산화막 물질인 SiON 박막과 Al₂O₃박막에 대한 SE(Spectroscopic Ellipsometry)분석 모델을 확립하였고, SE 측정결과를 TEM, MEIS, XRR의 결과들과 비교하였다. SiON 박막의 굴절률 값은 Si₃N₄와 SiO₂가 물리적으로 혼합되어 있다고 가정하여 Bruggeman effective medium approximation을 사용하여 구하였다. 동일한 시료를 절단하여 TEM, MEIS, 그리고 XRR에 의하여 SiON 박막의 두께를 측정하였으며, 그 결과 SE와 XRR에 의해 얻어진 박막두께가 TEM과 MEIS의 결과 값보다 약 0.5 nm 크게 주어짐을 알 수 있었다(Table 1 참조). 본 연구결과는 비파괴적이며 비접촉식 측정방법인 SE가 2~4nm 두께의 초미세 SiON 박막의 두께와 N 농도의 상대적 값을 빠르고 쉽게 구할 수 있는 유용한 측정방법 임을 보여주었다. 기존의 게이트 산화물인 SiO₂를 대체할 후보 물질들 중의 하나인 A1₂O₃의 유전함수를 구하기 위하여 8 inch, p-type 실리콘 기판 위에 성장된 5 nm, 10 nm, 및 20 nm 두께의 A1₂O₃ 박막의 유전함수와 두께를 측정하였다. 이 시료들에 대한 SE data는 vacuum-UV spectroscopic ellipsometer를 사용하여 세 개의 입사각에서 0.75 eV에서 8.75 eV까지 0.05 eV 간격으로 측정되었다. A1₂O₃ 박막의 유전함수와 두께를 얻기 위하여 공기층/A1₂O₃ 박막/Si 기판으로 구성된 3상계 모델을 사용하였다. Si 기판에 대한 복소 유전함수는 문헌상의 값(1)을 사용하였고, A1₂O₃ 박막의 유전함수는 5개의 미지상수를 갖는 Tauc- Lorentz(TL) 분산함수(2)를 사용하였다. A1₂O₃ 박막의 경우 두께가 증가함에 따라서 굴절률이 커짐을 알 수 있었다.

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XRR용 두께 표준물질 제작을 위한 박막성장 및 특성평가

  • Yu, Byeong-Yun;Bin, Seok-Min;Kim, Chang-Su;O, Byeong-Seong
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • pp.141-141
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    • 2012
  • X-선 반사율 측정법(XRR)은 비파괴적인 측정방법과 수 nm의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 장점으로 인하여 반도체 산업현장에서 많은 관심과 연구가 이루어지고 있다. 이러한 XRR은 두께 분석 측정의 정밀도를 향상시키고 부정확한 결과를 방지하기 위하여 측정기기를 검증하고 보정할 수 있는 두께 표준물질을 필요로 하고 있다. 본 연구에서는 XRR용 두께 표준물질을 이온빔 스퍼터링 증착방법을 이용하여 제작하였다. 두께 표준물질 제작에 있어 공기 중 노출에 의해 산화가 되지 않는 산화물 박막과 산화물 기판을 선택하였다. 후보물질은 glass, sapphire, quartz, SiO2기판과 HfO2, Ta2O5, Cr2O3 산화물 타켓을 이용하여 박막을 제작하였다. 제작된 후 보물질은 교정된 XRR을 통하여 박막의 두께, 계면 및 표면 거칠기, 밀도등 박막의 구조특성분석을 하였다. Glass, quartz의 경우 기판 표면 거칠기가 좋지 않아 제작된 샘플의 X-선 반사율 곡선이 급격히 떨어지면서 측정되는 각도의 영역이 작아졌다. Sapphire로 제작한 시편은 측정된 데이터와 simulation의 curve fitting이 양호하지 않았다. 이 중 SiO2기판을 사용하고 HfO2박막을 증착한 샘플이 다른 후보물질보다 XRR curve fitting 결과가 가장 양호하여 두께 표준물질로 응용하기에 적절하였다. 그리고 AFM (Atomic Force MicroScope)을 이용하여 기판의 거칠기 및 증착한 박막표면 거칠기 측정을 하였고, TEM (Transmission Electron Microscope)으로 두께 측정을 하여 XRR로 얻은 데이터와 비교하였다. 이러한 결과를 토대로 XRR용 두께 표준물질 제작할 수 있었고, 추후 불확도 평가 및 비교실험을 통하여 제작된 XRR용 두께 표준물질을 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

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Calculation of Reflectivity for W/Si Multilayer Mirror of Small d-Spacing (작은 두께주기를 갖는 W/Si 다층박막거울의 반사율 계산)

  • Chon, Kwon Su
    • Journal of the Korean Society of Radiology
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    • v.12 no.1
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    • pp.17-22
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    • 2018
  • Multilayer mirrors are optical elements that can replace single crystal optical elements such as silicon or germanium, and they have artificial diffraction plane of a thickness of several nanometers. We examined the first Bragg angle and the reduction of reflectivity by variation of layer thickness in a W/Si multilayer mirror of small d-spacing. A W/Si multilayer mirror for an incidence angle of $0.55^{\circ}$ and an energy of 17.5 keV was designed and showed a maximum reflectivity of 72.67%. When the thickness of tungsten or silicon layer was simultaneously changed, the first Bragg angle was shifted and the reflectivity was reduced. When there was a change in thickness for one layer of W/Si multilayer, no change in the reflectivity was showed but the unevenness of the envelope was observed. Reduction of reflectivity was also observed at random Gaussian thickness variations. It is possible to predict the tolerance of multilayer mirror by examining the reflectivity degradation according to the thickness change in the W/Si multilayer mirror of small d-spacing.

Non-invasive Measurements of the Thickness of YBCO Thin Films by Using Microwave Resonators: Roles of the Uncertainty in the Calibration Film Thickness (마이크로파 공진기를 이용한 YBCO 박막 두께의 비파괴적 측정: 캘리브레이션 박막 두께의 불확도의 역할)

  • Kim, Myung-Su;Jung, Ho-Sang;Yang, Woo-Il;Lee, Sang-Young
    • 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 $t_{cal}$.

Correlation between the Thickness and Variation of Dielectric Conatant on SiOC thin film (SiOC 박막에서 박막의 두께와 유전율의 변화)

  • Oh, Teresa
    • 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.