Abstract
Strontium titanate(SrTiO$_3$) thin film was prepared on Si substrates by RF magnetron sputtering for a high capacitance density required for the next generation of LSTs. The optimum deposition conditions for SrTiO$_3$thin film were investigated by controlling the deposition parameters. The crystallinity of films and the interface reactions between SrTO$_3$film and Si substrate were characterized by XRD and AES respectively. High quality films were obtained by using the mixed gas of Ar and $O_2$for sputtering. The films were deposited at various bias voltages to obtain the optimum conditions for a high quality file. The best crystallinity was obtained at film thickness of 300nm with the sputtering gas of Ar+20% $O_2$and the bias voltage of 100V. The barrier layer of Pt(100nm)/Ti(50nm) was very effective in avoiding the formation of SiO$_2$layer at the interface between SrTiO$_3$film and Si substrate. The capacitor with Au/SrTiO$_3$/Pt/Ti/SiO$_2$/Si structure was prepared to measure the electric and the dielectric properties. The highest capacitance and the lowest leakage current density were obtained by annealing at $600^{\circ}C$ for 2hrs. The typical specific capacitance was 6.4fF/$\textrm{cm}^2$, the relative dielectric constant was 217, and the leakage current density was about 2.0$\times$10$^{-8}$ A/$\textrm{cm}^2$ at the SrTiO$_3$film with the thickness of 300nm.
차세대 LSI용 유전체 박막으로서의 응용을 목적으로 RF 마그네트론 스퍼터링법으로 Si기판위에 SrTiO$_3$박막을 제조하였다. Ar과 $O_2$혼합가스 비, 바이어스 전압변화, 열처리 온도등의 증착조건을 다양하게 변화시키며 SrTiO$_3$박막을 제조하여 최적의 증착조건을 조사하였다. 박막의 결정성을 XRD로, 박막과 Si 사이의 계면의 조성분포를 AES로 각각 분석하였다. Ar과 $O_2$의 혼합가스를 스퍼터링 가스로 사용함으로써 결정성이 좋은 박막을 얻었다. 그리고 보다 치밀한 박막을 얻고자 바이어스 전압을 걸어주며 증착시켰다. 본 실험결과에서는 스퍼터링 가스는 Ar+20% $O_2$혼합가스, 바이어스 전압은 100V에서 좋은 결정성을 얻었다. 또한 하부전극으로 Pt, 완충층으로 Ti를 사용함으로써 SrTiO$_3$막과 Si 기판과의 계면에서 SiO$_2$층의 형성을 억제할 수 있었으며, Si의 확산을 막을 수 있었다. 전류 및 유전특성을 측정하기 위해 Au/SrTiO$_3$/Pt/Ti/SiO$_2$/Si로 구성된 다층구조의 시편을 제작하였다. Pt/Ti층은 RF 스퍼터링으로, Au 전극은 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 증착시켰다 $600^{\circ}C$로 열처리함에 의해 미세하던 결정림들이 균일하게 성장하였으며, 이에 따라 유전율이 증가하고 누설전류가 감소하였다. $600^{\circ}C$에서 열처리한 두께 300nm의 막에서 유전율은 6.4fF/$\mu\textrm{m}$$^2$이고, 비유전상수는 217이었으며, 누설전류밀도는 2.0$\times$$10^{-8}$ A/$\textrm{cm}^2$로 양질의 SrTiO$_3$박막을 제조하였다.